Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Methoden
M37: Röntgenreflektivität
(XRR) – Methodik zur Bestimmung
der Schichtdicke
von zweidimensionalen Nanostrukturen
M37: Röntgenreflektivität (XRR)
Die Methodik der Röntgenreflektivität (X-ray
reflectivity, XRR) beruht auf den optischen Eigenschaften
von Röntgenstrahlung. Beim Durchgang
von Röntgenstrahlen von einem Medium 1 in ein
Medium 2, wobei sich diese Medien nur durch
ihre Elektronendichte unterscheiden müssen, wird
ein Teil des Strahles reflektiert und der andere Teil
dringt in das Medium 2 ein. Dieser Zusammenhang
wird durch die Fresnelschen Koeffizienten
beschrieben, welche im Wesentlichen vom Einfallswinkel
und den Elektronendichten abhängen. Die
Durchführung einer Reflektivitätsmessung beruht
auf der Variation des Einfallswinkels des Primärstrahles
und der gleichzeitigen Detektion des reflektierten
Stahles in einer spiegelnden Geometrie.
Die verwendete experimentelle Anordnung ist ein
konventionelles Röntgen-Pulverdiffraktometer mit
spekularer Messgeometrie unter besonderer Wahl
der Divergenzschlitze (s. Abb. 1, links).
Bei einem Übergang von einem optisch dichteren
Medium (z.B. Luft oder Vakuum) in ein optisch
dünneres Medium (z.B. ein Festkörper) ist der Brechungsindex
n für Röntgenstrahlen kleiner als Eins,
und damit tritt unterhalb eines kritischen Winkels Θ c
eine externe Totalreflexion von Röntgenstrahlung an
der Oberfläche eines Festkörpers auf.
mit n als Brechungsindex für Röntgenstrahlung
der Wellenlänge λ (in den Einheiten Angström, 1Å
= 10 –10 m) und ρ e als die Elektronendichte des 2.
Mediums (in den Einheiten Elektronen /Å 3 ). Bei
größeren Einfallswinkeln Θ des Primärstahles (Θ >
Θ c ) wird die Reflexion von Röntgenstrahlen an der
Oberfläche, wie oben erwähnt, mittels der Fresnelschen
Koeffizienten beschrieben.
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Abbildung 1:
Links: Messgeometrie zur Röntgenreflektivität an Schichtsystemen unter Verwendung von Cu-K α -Strahlung,
mit einem System von Divergenzschlitzen zur Kollimation des einfallenden und des reflektierten
Strahles, einem Sekundärmonochromator und der Detektoreinheit. Rechts: Prinzipskizze zur Entstehung
von „Kiessig Fringes“.
Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005
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