Röntgenfluoreszenzspektroskopie / Schichtdickenbestimmung

Prinzip

Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) eignet sich zur berührungs-und zerstörungsfreien Dickenmessung von dünnen Schichten und zur Bestimmung von deren chemischer Zusammensetzung. Bei dieser Messart liegen Röntgenquelle und Detektor auf der gleichen Seite der Probe. Wird die auf ein Substrat aufgebrachte Schicht mit Röntgenstrahlung bestrahlt, so wird die Strahlung bei hinreichend dünner Schicht diese - je nach deren Dicke - mehr oder weniger durchdringen und im darunter liegenden Substratmaterial charakteristische Fluoreszenzstrahlung auslösen. Diese wird auf dem Weg zum Detektor durch Absorption der aufliegenden Schicht wiederum geschwächt. Aus der Intensitätsschwächung der Fluoreszenzstrahlung des Substratmaterials kann die Dicke der Schicht bestimmt werden.

Aufgaben

1. Führen Sie mit Hilfe der charakteristischen Strahlung der Wolfram-Röntgenröhre eine Kalibrierung des Halbleiterenergiedetektors durch.
2. Messen Sie für eine verschiedene Anzahl einer Aluminiumfolie gleicher Dicke, die auf die Eisenunterlage zu bringen ist, das Fluoreszenzspektrum des Eisensubstrats. Bestimmen Sie die jeweilige Intensität der Fe-Kα-Fluoreszenzlinie.
3. Tragen Sie grafisch die Intensität der Fe-Kα-Fluoreszenzlinie gegen die Anzahl der aufgelegten Aluminiumfolien linear und halblogarithmisch auf.
4. Bestimmen Sie für eine verschiedene Anzahl von Al-Folienstücken, die mit Hilfe von Tesastreifen vor das Austrittsloch des Blendentubus befestigt werden, Intensität der Fe-Kα- Fluoreszenzlinie.
5. Berechnen Sie die Dicke der Aluminiumfolie.
6. Führen Sie die Aufgaben 2-5 gleichermaßen für Kupferfolien auf einem Molybdän- oder Zinksubstrat durch.

Lernziele

• Brems- und charakteristische Röntgenstrahlung
• Fluoreszenzausbeute
• Augereffekt
• kohärente und inkohärente Fotonenstreuung
• Absorptionsgesetz
• Massenschwächungskoeffizient
• Sättigungsdicke
• Matrixeffekte
• Halbleiterenergiedetektoren
• Vielkanalanalysatoren