Traceable quantitative surface chemical analysis for industrial applications
Viele moderne Technologien hängen davon ab, dass die Menge an Material auf einer Oberfläche analysiert und kontrolliert werden kann. Für die Produktentwicklung und die Qualitätskontrolle in der Produktion, aber auch für die Wahrung gewerblicher Schutz- und Eigentumsrechte wie auch den Handel werden genaue und rückführbare Oberflächenanalysenmessungen benötigt. Mit spektroskopischen Verfahren, bei denen Photonen, Elektronen und Ionen als Proben verwendet werden, ist eine zerstörungsfreie Untersuchung von Materialoberflächen möglich. Diese Verfahren können unmittelbar in der industriellen Produktion eingesetzt werden. Die Rückführbarkeit der Messungen mit diesen Methoden weist noch erhebliche Mängel auf. Für einige Methoden liegen zwar theoretische Abschätzungen vor, aber bisher konnten nur wenige Validierungen vorgenommen werden. Dies liegt darin begrü
ndet, dass es derzeit nur wenige Proben mit bekannter Oberflächenzusammensetzung gibt. Diese sind im Wesentlichen für die Halbleiterindustrie mit ihren speziellen Erfordernissen entwickelt worden. Es besteht daher die Notwendigkeit, zertifizierte Referenzmaterialien mit zertifizierter Zusammensetzung und Morphologie für einen breiteren Anwenderkreis zu entwickeln. Insbesondere besteht Bedarf, Referenzmaterialien und neue rückführbare Methoden für oberflächenchemische Messungen für neue Technologien zu entwickeln, die auf funktionalen organischen Oberflächen basieren. Hierzu zählen Anwendungen wie organische Solarzellen, druckbare organische Elektronik, 
Biochips oder organische LEDs.
Ziel des Verbundprojektes ist, Messstandards und rückführbare Methoden für quantitative oberflächenchemische Analysen in der industriellen Anwendung bereitzustellen. Das im Projekt bearbeitete Spektrum reicht von der Entwicklung zertifizierter Referenzmaterialien mit bekannter und stabiler Oberflächenchemie und definierter Dicke und lateraler Struktur für die Instrumentenentwicklung und Kalibrierung bis zur Validierung industrierelevanter oberflächenchemischer Messungen. Desgleichen sollen schnelle und zerstörungsfreie Methoden für quantitative oberflächenchemische Analysen für die Inline-Qualitätskontrolle in der industriellen Produktion entwickelt werden. Hier liegt der Schwerpunkt auf Techniken für lokale Echtzeitmessungen von Katalysatorstrukturen und -aktivitäten, um zukünftig effizientere und kosteneffektive Katalysatoren entwickeln zu können. Ein weiterer Projektteil beinhaltet die Bereitstellung metrologischer Methoden einschließlich neuer zertifizierter Referenzmaterialien, um die Leistungsfähigkeit und Rückführbarkeit von in der Industrie gängigen Technologien für Oberflächenanalysen wie Elektron- und Fluoreszenzspektroskopie, Röntgenreflektometrie, Elektronenprobenmikroanalyse und Ionenmassenspektrometrie zu verbessern.
Die PTB hat die Leitung des Arbeitspakets inne, das sich mit der Entwicklung von anorganischen Referenzmaterialien und Methoden für oberflächenchemische Analysen befasst. Zertifizierte Referenzmaterialien und metrologische Methodik werden für energiedispersive Röntgenspektroskopie entwickelt werden, ebenso wie metallische Referenzmaterialien mit unterschiedlicher Schichtdicke. Weiterhin soll eine metrologische fundierte Methodik der Schichtdickenbestimmung dünner Überzüge mittels winkelaufgelöster Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie entwickelt werden. Darüber hinaus soll ein Referenzmuster für flaches Gold aud Silizium bereitgestellt werden und ein metrologisches Verfahren, mit dem bestimmt werden kann, welcher Bereich eines Materials vom Messinstrument erfasst wird.
Weitere Informationen über das Projekt und die Projektpartner:
Ansprechpartner
Dr. Michael Krumrey
Telefon: 030 3481 7110
E-Mail: michael.krumrey@ptb.de
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