Fortgeschrittenen-Praktikum I

Versuch 1.14: Röntgen-Reflektometrie

Mit der Methode der Röntgen-Reflektometrie (XRR = X-ray reflection) lassen sich die Dichte, Schicht­dicke und Rauigkeit von einfachen und mehrlagigen Festkörperdünnschichten bestimmen. Die Messungen zu diesem Versuch werden mit der gleichen Apparatur durchgeführt wie bei dem Röntgenbeugungsversuch 1.13. Der physikalische Hintergrund ist jedoch ein völlig anderer. Statt Beugung wird die Intensität der reflektierten Röntgenstrahlung im Bereich des kritischen Winkels der Totalreflexion unterhalb von 2° gemessen. Die zugrunde liegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten sind die gleichen wie bei der Reflexion von sichtbarem Licht an Festkörpergrenzflächen. Aus der Benutzung von Röntgenstrahlung anstelle von sichtbarem Licht ergeben sich jedoch einige wesentliche Vorteile:

Die Methode und ihre physikalischen Grundlagen sind ausführlich in der IPI-Schrift Röntgen-Reflektometrie zur Dünnschichtanalyse beschrieben, die zur Versuchsvorbereitung vom Betreuer zur Verfügung gestellt wird.

Aufgaben

Sie führen Berechnungen zur Röntgen-Reflektometrie durch und analysieren mit dieser Methode eine Gold­aufdampfschicht sowie ein gesputtertes Zweischichtsystem aus Molybdän und Titandioxid. Die Dünn­schichten befinden sich jeweils auf Floatglas-Substraten.

Die benötigten Materialdaten können Tab. A1 im Anhang der Schrift Röntgen-Reflektometrie zur Dünn-schichtanalyse entnommen werden.

Diese Aufgabe dient der Vorbereitung. Die Ergebnisse sind dem Betreuer vor Versuchsbeginn vor-zulegen.

Vergleichen Sie Ihr Messergebnis außerdem mit der Simulation für:

Es ist wieder durchzuführen: Probenjustierung, Reflekto­metrie-Messung mit dem Programm Job­Measurement und den Messpara­metern des Daten­satzes MoTio2.job, Auswertung mit REFSIM, Aus­drucken des REFSIM-Ergebnisses.

Beginnen Sie die Auswertung mit der Bestimmung der einzelnen Parameter in folgender Reihenfolge:

Hinweise:

Am Messrechner des Röntgenspektrometers lassen sich Auswertungen durchführen, während im Hinter­grund Messungen laufen. Die Messung für Aufgabe 3 kann somit während der REFSIM-Auswertung von Aufgabe 2 erfolgen.

Es ist die Praktikums-Kurzanleitung für die Durchführung von Reflektometrie-Messungen mit dem Röntgenspektrometer zu beachten.

Die Röntgenröhre wird vom Betreuer in Betrieb genommen und nach dem Versuch ausgeschaltet. Sie darf auf keinen Fall mit mehr als 30 mA, 40 kV betrieben werden!