Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
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Lösungen<br />
L31: Raman-Spektroskopie in <strong>der</strong> Werkzeugbeschichtung<br />
L31: Raman-Spektroskopie<br />
in <strong>der</strong> Werkzeugbeschichtung<br />
– Charakterisierung von<br />
Nanoschichten und Überwachung<br />
von Vakuumbeschichtungsprozessen<br />
Die Raman-Spektroskopie stellt ein sehr einfach<br />
durchzuführendes Verfahren zur Bestimmung von<br />
chemischen Elementen und Verbindungen in Flüssigkeiten,<br />
Gasen, aber auch in Oberflächenbereichen<br />
von Festkörpern dar. Das Messprinzip beruht<br />
auf <strong>der</strong> Messung des durch Teilchen (Atome, Moleküle)<br />
inelastisch gestreuten Lichts einer anregenden<br />
monochrom<strong>at</strong>ischen Lichtquelle (Laser). Durch die<br />
inelastischen Streueffekte (Stokes-Raman- und Antistokes-Streuung)<br />
zeigt dieses Streulicht zusätzlich<br />
zur monochrom<strong>at</strong>ischen Strahlung element- bzw.<br />
molekülspezifische Spektrallinien (Ramanlinien), die<br />
gegenüber <strong>der</strong> Frequenz <strong>der</strong> anregenden Lichtquelle<br />
verschoben sind. Voraussetzung für die Ausbildung<br />
dieser Ramanlinien ist eine mit dem Bindungsabstand<br />
im Molekül verän<strong>der</strong>liche Polarisierbarkeit.<br />
Die Verschiebungen <strong>der</strong> auftretenden Ramanlinien<br />
sind abhängig von <strong>der</strong> Zusammensetzung <strong>der</strong><br />
auftretenden Phasen, <strong>der</strong> Kristallitausrichtung, <strong>der</strong><br />
Korngröße <strong>der</strong> Kristallite etc.<br />
Daher erlauben diese spezifischen Ramanlinien<br />
die Ermittlung <strong>der</strong> chemischen Zusammensetzung<br />
und weiterer strukturphysikalischer Eigenschaften.<br />
Vorteil des Verfahrens ist die nur sehr geringe Eindringtiefe<br />
des anregenden Laserstrahls (wenige nm<br />
bis etwa 50 nm) in metallischen und keramischen<br />
Oberflächen, wodurch sich die Raman-Spektroskopie<br />
sehr gut für Oberflächenanalysen eignet.<br />
Abbildung 1:<br />
Weißlicht-Interferometrie-Aufnahmen<br />
von Verschleißzonen von TiAlCN-Beschichtungen<br />
mit (a) niedrigem und (b)<br />
hohem Reibkoeffizient sowie Raman-<br />
Spektroskopie-Messungen (c) in den<br />
verschiedenen Schichtbereichen (Zuordnung<br />
siehe Indizes A, B, C), welche<br />
eindeutig eine hohe Kohlenstoffkonzentr<strong>at</strong>ion<br />
(D, G) in <strong>der</strong> Transferschicht<br />
zeigen.<br />
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<strong>Handbuch</strong> <strong>der</strong> <strong>Nanoanalytik</strong> <strong>Steiermark</strong> <strong>2005</strong>