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H. R A E T H E R

Zum Nachweis von Oberflächenfilmen mittels Elektroneninterferenzen Von

HEINZ RAETHER*

(Z. N a t u r f o r s c h g . 4 a. .">82—587 [1949]: e i n g e g a n g e n a m 28. M ä r z 1949)

Herrn

Prof.

Dr. W. Gerluch

zum 60.

Geburtstag

Für die Beantwortung der Frage, wieweit man mit Hilfe der Elektroneninterferenzmethode in Reflexion entscheiden kann, oh eine Oberfläche mit einer Deckschicht belegt ist, und welche Dicke diese hat, ist die Berücksichtigung der Oberflächenrauhigkeit von entscheidender Bedeutung: ein kristalliner Oberflächenfilm von 5—10 Ä kann auf einer elektronenoptisch glatten sowie elektrolytisch polierten Fläche noch erkannt werden, kaum jedoch auf einer rauhen Fläche (aufgedampft, geschmirgelt). — Diese theoretischen Betrachtungen werden auf Versuche an Zink (Spaltflächen und rauhe Flächen) und Aluminium (elektrolytisch polierte Flächen) angewendet: Spaltflächen von Zink sind mit einer mindestens 10 A dicken einkristallinen Oxydschicht bedeckt, die das Auftreten der Zinkinterferenzen verhindern, während rauhe Flächen von Zink Zinkinterl'erenzen mit nur einer Andeutung von Zinkoxyd ergeben. — Elektrolytisch polierte Aluminiumflächen überziehen sich mit einer so dünnen Schutzschicht (30—60 A), daß die Aluminiuminterferenzen auch noch nach mehr als einem Monat Exposition an Luft erkennbar bleiben.

A

nläßlich der Diskussion der Elektroneninter_ ferenzhilder elektrolytisch polierter Metalloberflächen entstand die Frage, ob die für Oberflächenuntersuchungen so geeignete Methode de:1 Elektroneninterferenzen entscheiden kann, in welchem Maße eine Oberfläche als „reine", d. h. als eine aus Metallatomen gebildete Oberfläche anzusehen ist. Dies ist u. a. für das Studium der Oxydationsvorgänge auf Metallflächen wichtig, insbesondere für das Problem, wie weit hierbei von einer „nackten" Oberfläche ausgegangen wird. Allgemeiner formuliert lautet die Frage: Läßt sich dem Interferenzbild entnehmen, welche Dicke ein auf einer Oberfläche gebildeter Deckfilm hat? Der vorliegende Beitrag stellt einen Versuch dar. • diese Fragen zu beantworten.

optisch glatte Flächen, z. B. Spaltflächen, b) sanft gewellte Oberflächen, z. B. elektrolytisch polierte Flächen, c) rauhe Flächen, z. B. aufgedampfte, geätzte, geschmirgelte Flächen. Der Fall der Durchstrahlung wird als letzter diskutiert.

Abb. 1. Verlauf des Elektronenstrahles an einer elektronenoptisch glatten Fläche, die mit einem Deckfilm der Dicke D bedeckt ist.

I. D i e R a u h i g k e i t d e r O b e r f l ä c h e b e s t i m m t die N a c h w e i s e m p f i n d l i c h k e i t Die folgenden Betrachtungen behandeln vor allem die Methode der streifenden Reflexion von Elektronen an Oberflächen. Hier findet man häufig die Angabe, daß ein Oberflächenfilm von etwa 10 A im Interferenzbild bereits nachweisbar ist. Diese Feststellung ist nur bedingt richtig, da, wie nachstehend gezeigt wTird, die Oberflächenrauhigkeit eine wesentliche Rolle spielt. Es sollen drei charakteristische Fälle von Rauhigkeit besprochen • werden: a) elektronen* Laboratoires de l'Office National d'Etudes et de Recherches Aeronautiques, Paris.

Abb. 2. Verlauf des Elektronenstrahles an einer sanft gewellten Oberfläche, die mit einem Deckfilm der Dicke D bedeckt ist. a) E l e k t r o n e n o p t i s c h g l a t t e F l ä c h e . Abb. 1 zeigt den Strahlverlauf. 2 L ist die W e g strecke der Elektronen in der Deckschicht der Dicke D. Bei Vernachlässigung der Brechung wird D — L sin oder D =

LI).

(1)

b) G e w e l l t e O b e r f l ä c h e . Abb. 2 zeigt den Strahlverlauf: ö ist der Neigungswinkel der

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NACHWEIS

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OBERFLÄCHENFILMEN

Kristalle

Abb. 3. Verlauf des Elektronenstrahles an einer rauhen Oberfläche, die mit einem Deckfilm der Dicke D bedeckt ist. Oberfläche gegen die Netzebenen (Dachwinkel). Es wird daher D = L sin ( # + d), oder, wenn d mit*# vergleichbar ist, ]) = L (i) + d) .

(2)

c) R a u h e O b e r f l ä c h e . Abb. 3 zeigt den Strahlverlauf, aus dem sich ebenfalls D — L sin(# + d) ergibt. Da hier & < Ö ist. so erhält man D — L sin