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Rutherford Rückstreuung zur Analyse dünner Filme

Prof. Dr. Bruno K. Meyer       Prof. Dr. Dietmar Hasselkamp

Rutherford-Rückstreuung = Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS)


Prinzip: Kinematik

Ein schnelles Ion der Masse M1 und Energie E0 wird an einem Targetatom der Masse M2 elastisch um den Winkel Theta zurückgestreut (M1‹M2; Rutherfordstreuung). Sind Ionenmasse, Einschußenergie und Rückstreuwinkel bekannt, so kann aus der gemessenen Rückstreuenergie ER die Masse des Targetatoms M2 bestimmt werden. Einsatz: Materialanalyse von Festkörperoberflächen und Filmen
  • elementare Zusammensetzung einer Probe an der Oberfläche und in der Tiefe
  • Schichtdickenmessung

 

Prinzip der Apparatur

Die schnellen Ionen H+ bzw. He+ werden von einem van-de-Graaff-Generator geliefert (Energien: 800 - 1200 keV), von einem Analysiermagnet abgelenkt und auf das Target gelenkt. Rückgestreute Ionen werden von einem Festkörperdetektor (ULTRA der Firma Ortec) nach ihrer Energie analysiert. Die resultierenden Spektren werden in einem Vielkanalanalysator aufgenommen und weiterverarbeitet. Der Ionenstrom wird gleichzeitig gemessen und zur Ladungsnormierung verwendet. Das Vakuum in der Targetkammer ist ca. 5E-6 mbar.


 

 

RBS-spectrum of Vanadium Oxide

Beispiel 1:

RBS-Spektrum eines dünnen Vanadium-Oxyd-Films (mit Wolfram dotiert) auf einem Silizium-Substrat. H+-Ionen bei 800 keV. Filmdicke: ca. 50 nm


 

CuInS2

Beispiel 2:

Analyse eines CuInS2-Films auf einem Glas-Substrat mit He+-Ionen bei 1000 keV. Die Oberflächenkanten der Elemente sind markiert. Das experimentelle Resultat wird mit einer Simulationsrechnung verglichen. Unterschiede zwischen Experiment und Simulation sind im wesentlichen auf die Vernachlässigung des Stragglings in der Rechnung zurückzuführen.


Literatur:

http://www.cea.com/tutorial.htm

W.-K. Chu, J.W. Mayer und M.-A. Nicolet: Backscattering Spectrometry,
Academic Press, New York, 1978