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A. Bellissimo:
"Electron Induced Secondary Electron Emission Studies of Polycrystalline Aluminium and various Carbon Allotropes by Means of (e,2e)-Coincidence Spectroscopy";
Betreuer/in(nen): W.S.M. Werner; Institut für Angewandte Physik (E134), 2014; Abschlussprüfung: 10.10.2014.

Das Beschießen von Materialien mit energiereichen, geladenen Teilchen kann
zur Emission von Festko ̈rperelektronen fu ̈hren. Die
Elektron-induzierte Sekunda ̈relektronenemission ist ein
fundamentales Pha ̈nomen, auf dem eine Vielzahl von technologischen
Anwendungen und analytischen Techniken basiert. Aus diesem Grund ist es
von großer Bedeutung die der Sekund ̈arelektronenemission zu Grunde
liegenden Prozesse zu untersuchen. Bereits etablierte Techniken wie die
Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) werden ver- wendet um die
unterschieldichen Anregungskana ̈le im Detail zu studieren, eignen
sich aber nur bedingt zur Untersuchung von Prozessen die zur
Energiedissipation im Festk ̈orper und zur Emission von Sekund
̈arelektronen fu ̈hren. Die (e,2e)-Koinzidenzspektroskopie ist
eine Technik mit deren Hilfe sowohl das zuru ̈ckgestreute Prima
̈relektron, welches ein Energieverlust erlitten hat, als auch das
Sekunda ̈relektron, welches mit der u ̈bertragenen Energie
emittieret wird, in Koinzidenz detektiert werden k ̈onnen. Durch die
Kenntnis der Energien bzw. der Energieverluste beider Streupartner ist es
m ̈oglich die unter- schiedlichen Mechanismen die zur
Energiedissipation innerhalb des Festko ̈rpers und zur Emission von
Sekunda ̈relektronen (SE) fu ̈hren zu diskriminieren. Im Zuge
der vorliegen- den Arbeit wurde ein
(e,2e)-Reflexion-Koinzidenzspektrometer in seiner Funktion weiter
verbessert. Das Design des Instruments als auch die Funktionsweise werden
detailliert erl ̈autert. Weiters wird anhand von Messungen an
polykristallinem Aluminium und verschiedenen Kohlenstoffallotropen
demonstriert wie mit Hilfe von Koinzidenzspek- troskopie verschiedene
Features die im Zuge der Sekund ̈arelektronenkaskade entstehen aufgel
̈ost werden k ̈onnen. Die Ergebnisse werden in Form von
doppelt-differenziellen Spektren pra ̈sentiert und wurden durch
Messungen mit Hilfe weiterer analytischer Meth- oden besta ̈tigt. Es
wird weiters ein neuer Mechanismus fu ̈r Sekunda
̈relektronenemission pr ̈asentiert, der durch das Auftreten von
Energieverlusten des prim ̈aren Elektrons stat- tfinden w
̈ahrend dieser sich auf der Vakuumseite der Grenfl ̈ache
befindet. Außerdem wird das Auftreten von Elektronenkorrelationen
beobachtet. Die Ergebnisse zeigen wie mit Hilfe von Sekunda
̈r-Elektronen-Elektronen-Verlustenergie-Koinzidenz-Spektroskopie
(SE2ELCS) einerseits verschiedene Verlustprozesse die zur Emission von SE
fu ̈hren diskriminiert werden ko ̈nnen und andererseits daß die
Koinzidenspektroskopie wertvolle Information zur korrekten Interpretation
von Energieverlustmessungen liefert.

If a material is bombarded by energetic charged particles, this can lead
to emission of solid-state electrons. Electron-induced secondary electron
emission is a fundamental phenomenon, upon which a variety of
technological applications and analytical techniques are based. Therefore
deepening the understanding of the mechanisms related to secondary
electron generation represents an essential task. While the various
excitation channels of a solid can be studied by electron energy loss
measurements, the processes involved in the energy dissipation and the
ejection of solid-state electrons have not been thoroughly studied. This
can be achieved by measuring both scattering partners using (e,2e)-
coincidence spectroscopy. By measuring coincidences between backscattered
electrons, having experienced a certain energy loss and secondary
electrons (SEs) emitted as a result of this energy transfer, it becomes
possible to discriminate the processes inherent to the production and the
emission of secondary electrons. A reflection (e,2e)-coincidence
spectrometer has therefore been conceived and improved during the present
work. The instrument design and its working principle are discussed in
detail. Demonstration of the ability of this type of equipment to resolve
features in the secondary electron cascade is given by a series of results
obtained on the investigation of polycrystalline Al and a set of C
allotropes. The resulting double-differential coincidence spectra for the
investigated materials are presented. Supporting information obtained by
means of other analytical techniques is also given. A new mechanism for
secondary electron emission is discovered where the electron loss process
takes place when the primary is still in vacuum. A clear signature for
electronic correlations is also observed. In summary the results show that
it is possible with secondary electron electron-energy loss coincidence
spectroscopy (SE2ELCS) not only to discriminate different energy loss
processes leading to different SE-ejection mechanisms, but also
conversely, that SE-coincidences sometimes provide decisive information
for proper interpretation of energy loss measurements.