Röntgenreflektometrie
Kurzbeschreibung Röntgenreflektometrie (RR)
Zielstellung:
Grundlagen für die Untersuchungsmethode der Röntgen-Reflektometrie sind die spiegelnde Reflexion und die externe Totalreflexion von Röntgenstrahlung an der Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Neben der Grenzfläche Vakuum/Medium (Eindringen von Röntgenstrahlung in Materie) können dabei auch innere Grenzflächen eines Mediums Ursache für Reflexionen sein. Durch Erfassung der reflektierten Strahlung sowie weiterer Wechselwirkungskomponenten der Röntgen-Strahlung mit Materie, vor allem infolge Photoabsorption, können aufgrund der bekannten theoretischen Zusammenhänge insbesondere Informationen über die Beschaffenheit der Grenzflächen sowie die Dicke und Dichte der Materie zwischen zwei Grenzflächen gewonnen werden. Damit ist die Röntgen-Reflektometrie eine wesentliche Methode für die zerstörungsfreie Charakterisierung von dünnen Schichtstrukturen (Dicken im Bereich von 1 nm), die grundlegend für nahezu alle Bereiche der modernen Elektronik, hier insbesondere der Halbleitertechnologie, sowie Bereiche der optischen Industrie sind. Die spiegelnde Reflexion sowie externe Totalreflexion von Röntgenstrahlung sind darüber hinaus vor allem als Phänomene für optische Bauelemente für Strahlung mit Wellenlängen kleiner als die des sichtbaren Lichts (EUV-Strahlung, weiche und harte Röntgenstrahlung) von Bedeutung. Im Versuch soll anhand ausgewählter Beispielexperimente die Nutzung der spiegelnden Reflexion und externen Totalreflexion sowohl zur Materialcharakterisierung als auch als Grundprinzip für optische Elemente für Röntgenstrahlung im Zusammenhang diskutiert werden.
Experiment:
Im Experiment wird die Untersuchungsmethode der Röntgen-Reflektometrie zunächst am Beispiel der Charakterisierung der äußeren Grenzfläche (Oberfläche) eines Siliziumwafers (Basismaterial der Halbleitertechnologie) vorgestellt. Mit einem Computerprogramm werden aufgrund einer Simulation der in Abhängigkeit vom Reflexionswinkel bei fester Energie der Röntgenphotonen aufgenommenen Röntgenstrahl-Intensitäten Werte für die Dichte und Parameter der Grenzflächenrauhigkeit des Wafers bestimmt. Danach sollen Rauigkeitsparameter für innere Grenzflächen und mittlere Dichten und Dicken einer Einfachschicht und einzelner Schichten eines Nickel/Kohlenstoff-Vielfachschichtsystems, die auf Siliziumwafern durch Laser-Abscheidung hergestellt wurden, bestimmt werden. Nickel/Kohlenstoff-Vielfachschichtsysteme finden vor allem als fokussierende Elemente in Röntgen-Optiken und als Röntgen-Monochromatoren Verwendung.
Literatur:
S. G. Lipson, H. S. Lipson, D. S. Tannhauser: Optik, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1997
W. G. Greiner: Theoretische Physik, Band 3: Elektrodynamik, Verlag Harri Deutsch, Thun, Frankfurt/Main 1986
E. Spiller: Soft X-Ray Optics, SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington 1994
Eine ausführliche Versuchsanleitung kann von der Instituts-Homepage heruntergeladen oder direkt beim Betreuer abgeholt werden .
Versuchsbeginn: 8:00 Uhr, Ort: Physikgebäude, Raum PHY D116, Versuchsdauer: 8 h
Betreuer: N.N.