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Nanostrukturen und Grenzflächen Poster: Do., 13:00–15:30 D-P272
Tiefenaufgelöste Charakterisierung der ioneninduzierten Durchmischung
von dünnen Marker-Schichten mittels Röntgenabsorption in Wellenleitergeometrie
Nora Darowski 1 , Ivo Zizak 1 , Ajay Gupta 2 , Alexei Erko 3
1 Hahn-Meitner-Institut, Glienicker Strasse 100, 14109 Berlin, Deutschland – 2 UGC-
DAE Consortium for Scientific Research, Khandwa Road, Indore, Indien – 3 BESSY,
Albert-Einstein-Strasse 15, 12489 Berlin, Deutschland
Gewöhnlich erhält man in Röntgenstreuexperimenten Informationen, die, aufgrund der
großen Eindringtiefe, über mehrere Mikrometer gemittelt sind. Durch Anregung einer
stehenden Welle unter Ausnutzung des Effektes der Totalreflexion kann jedoch
eine Tiefenselektion erreicht werden. Die Position der Wellenmaxima bezüglich der
Schichtstruktur kann durch Änderung des Einfallswinkels eingestellt werden. Die Tiefenauflösung
kann weiter erhöht werden, wenn Wellenleiterstrukturen, d.h. zwei Totalreflexionsschichten,
verwendet werden. Die Kombination von Röntgenfluoreszenz und
Röntgenreflektivität liefert detailierte strukturelle Informationen über das zwischen
den Totalreflexionsschichten eingeschlossene Material.
Hier werden die Resultate einer tiefenaufgelösten Wolfram-Fluoreszenzanalyse von
Si/W/Si-Schichten vorgestellt. Die Vielfachschichten wurden am Ionenstrahllabor des
Hahn-Meitner-Institutes mit 600 MeV Au Ionen bestrahlt und anschliessend an der
Berliner Synchrotronstrahlungsquelle BESSY analysiert. EXAFS Messungen bei verschiedenen
Werten des Impulsübertrages q, d.h. verschiedenen Intensitätsverteilungen
des Wellenfeldes im Schichtsystem, liefern Informationen aus verschiedenen Tiefen.
Detailierte Informationen über die verschiedenen Phasen, die als Resultat der Bestrahlung
in verschiedenen Tiefen gebildet werden, können beim Verständins der Ionen-
Festkörper-Wechselwirkung sehr nützlich sein. Im Fall des betrachteten Materialsystems
wurden folgende Resultate aus der gleichzeitigen Anpassung der Fluoreszenzund
Reflektivitätsdaten erhalten: Mit zunehmender Fluenz nimmt der Anteil der W-Si
Bindungen, xW −Si, zu, gleichbedeutend mit einer voranschreitenden Durchmischung.
Betrachtet man die W-Si Bindungslänge RW −Si, so muss man zwei Bereiche unterscheiden.
Für niedrige Ionenfluenzen (5×10 12 Ionen/cm 2 ) ist RW −Si systematisch kleiner als
für große Fluenzen (2×10 13 Ionen/cm 2 ) und nimmt mit zunehmendem Abstand von der
Marker-Schicht zu. Dabei sind kürzere Bindungslängen charakteristisch für W-reiche
Phasen wie W5Si3 oder W3Si, während längere Bindungslängen Si-reichen Phasen wie
WSi2 zugeordnet werden. Im Fall hoher Fluenzen überwiegen W-Si Bindungen deutlich
gegenüber Metallbindungen und RW −Si zeigt keine signifikante Abhängigkeit von
q. Beides wird als Indiz für vollständige Durchmischung angesehen. Alle Befunde stehen
im Einklang mit den Vorhersagen des Thermal-Spike-Modells. Die vorgestellte
experimentelle Methode ist nicht nur geeignet die Ionen-induzierte Durchmischung an
Grenzflächen von Schichtstrukturen zu untersuchen sondern ermöglicht darüber hinaus
das tiefenaufgelöste Studium verschiedener Diffusionsprozesse mit einer Auflösung im
Sub-Nanometerbereich.