Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

M37: Röntgenreflektivität (XRR)
Im Jahre 1931 veröffentlichte H. Kiessig eine
Arbeit, in der er über seine Untersuchungen an
dünnen Filmen auf Glasoberflächen berichtet. Er
beobachtete – zusätzlich zum Fresnelschen Verlauf
– Oszillationen der Intensität. In dieser Arbeit konnte
er zeigen, dass die Abstände der Oszillationen
rein von der Schichtdicke der verwendeten Filme
abhängen. Diese Oszillationen wurden nach ihrem
Entdecker „Kiessig Fringes“ genannt (s. Abb. 1,
rechts). Fringes kommen durch den Gangunterschied
der von den einzelnen Grenzschichten
reflektierten Strahlen zustande. Am Ort des Detektors
kommt es – je nach Phasenunterschied
– zur konstruktiven oder destruktiven Interferenz.
Die Bestimmung der Schichtdicke und des kritischen
Winkels der externen Totalreflexion können
bei einem Einschichtsystem (z.B. Siliziumoxid auf
Silizium, s. Abb. 2) auf einfache Weise erfolgen.
Bei Mehrschichtsystemen (z.B. (InSn) 2
O 3
auf
SiO x
auf Glas, s. Abb. 2) kann die Lage der Maxima
bzw. Minima nicht genau bestimmt werden.
Zur Auswertung der experimentellen Daten gibt
es mehrere Ansätze. Meist wird eine Fouriertransformation
und die Simulation der Daten mit einem
kinematischen bzw. dynamischen Ansatz verwendet.
Bei der Fouriertransformation erhält man
Informationen zur Schichtdicke und die Abfolge
der Schichten. Mit den Simulationen erhält man
neben den Informationen des Schichtaufbaues und
Abbildung 2:
Oben links: Eine Reflektivitätsmessung an einer Glasoberfläche mit der Beobachtung des Winkels Θ c der
Totalreflexion. Oben rechts und unten: Beispiele zur Schichtdickenbestimmung mittels Röntgenreflektivität
an Ein- und Mehrschichtsystemen. Die Schichtdicke wurde aus den regelmäßigen Winkelabständen
der „Kiessig Fringes“ mittels Fourieranalyse bestimmt. a.u. … arbitrary units, d.h. beliebige Einheiten.
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Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005