SoLiAS – measurement station at the synchrotron radiation source BESSY II in Berlin

Die Arbeitsgruppe Oberflächenforschung der materialwissenschaftlichen Fakultät der TU Darmstadt unterhält am Berliner Speicherring für Synchrotronstrahlung (BESSY II) am Standort Berlin-Adlershof eine UHV-Anlage für Experimente zur Photoelektronenspektroskopie (PES) mit Synchrotronstrahlung als Anregung und einem PHOIBOS 150 Analysator von SPECS.

SoLIAS am U49-2/PGM-1 mit einer CVD-Kammer
SoLIAS am U49-2/PGM-1 mit einer CVD-Kammer
Skizze des SoLIAS
Skizze des SoLIAS

Das SoLIAS genannte UHV-System wurde speziell für die Untersuchung der fest-flüssig-Grenzfläche entwickelt. Ein besonderes Merkmal ist die Integration nasschemischer Präparationsschritte unter hochreiner Schutzgasatmosphäre bei Normaldruck. Mit SoLIAS können nass- und elektrochemische Reinigungs-, Konditionierungs- und Depositionsschritte mit höchster Auflösung und Oberflächenempfindlichkeit untersucht werden. Beispiele sind Ätzen von GaAs mit HCl oder NH3, zyklische Voltametrie, Abscheidung organischer Halbleiter wie Spiro-MeOTAD oder Farbstoffmoleküle aus der Lösung oder Baddeposition von CdS. Zusätzlich bietet SOLIAS die Möglichkeit, leichtflüchtige oder flüssige Stoffe aus der Gasphase im UHV abzuscheiden. Dazu kann die Probe auf dem Manipulator mit LN2 eingekühlt und zwischen der Adsorptionskammer und der Messkammer verfahren werden. Die spezifischen nasschemischen Präparationen sind kombinierbar mit üblichen PVD und CVD Methoden von Metallen, Halbleitern oder organischen Halbleitern. Darüber hinaus bietet SOLIAS auch die Möglichkeit, externe Präparationskammern zu integrieren.

SOLIAS wird im Rahmen einer wissenschaftlichen Kooperation CRG (corporate research group) mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin, der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus und der Technischen Universität Darmstadt betrieben und genutzt. Um ein größtmögliches Anwendungsspektrum zu gewährleisten, ist SoLIAS auf einem verfahrbaren Gestell montiert und kann an unterschiedlichen Strahlrohren betrieben werden. Bei BESSY II werden innerhalb der CRG die U49-2/PGM 1 und TGM-7 Strahlrohre mit Photonenenergien von 90 … 2000 eV und 10 … 120 eV zur Durchführung von SXPS- bzw. UPS-Experimenten mit variabler Anregungsenergie verwendet. Neben den bisher genannten PES-Experimenten können auch Untersuchungen zur Röntgenabsorbtion (eng. XAS) sowie LEED durchgeführt werden.

Im Moment wird das System zur Grundlagenforschung an Li-Ionen-Batterien , organischen Solarzellen , Halbleitern für die Wasserspaltung und Absorberschichten für die Photovoltaik eingesetzt.

Elektrochemiezelle am SoLIAS
Elektrochemiezelle am SoLIAS
Skizze der Elektrochemiezelle
Skizze der Elektrochemiezelle
Prinzip der Adsorption auf dem kalten Probenhalter
Prinzip der Adsorption auf dem kalten Probenhalter