Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Mit nahezu perfekten Kristallen - wie z. B. Silizium, Germanium oder Saphir - und daraus gefertigten Röntgeninterferometern kann man Messsysteme verwirklichen, die den extremen Genauigkeitsanforderungen genügen, die in Wissenschaft und Technik an Längenmessungen in der Nanometrologie gestellt werden. Die Messunsicherheiten solcher Systeme sind nicht größer als der millionste Teil eines atomaren Abstandes.

Die atomare Längenskale ist mit hoher Genauigkeit durch metrologische Grundlagen-Experimente (z. B. mit Röntgeninterferometern) von der SI - Längeneinheit abgeleitet worden. Derartige Experimente zeigen neue Wege auf, um Definitionen von Maßeinheiten, eine wesentliche Aufgabe der PTB, mit den in grundlegenden physikalischen Theorien auftretenden Naturkonstanten zu verbinden. Naturkonstanten, für deren Bestimmung der Gitterparameter von Silizium von ausschlaggebender Bedeutung ist, sind die Sommerfeldsche Feinstruktur- und die Avogadrokonstante.

Die uneingeschränkte Anwendung dieser röntgenographischen Methode in der industriellen Praxis stößt noch auf große Probleme, an deren Lösung auch im Rahmen internationaler Kooperation gearbeitet wird. Hierbei geht es unter anderem um die Erweiterung der Messbereiche der Röntgeninterferometer, sowie um bessere Bearbeitungstechnologien von Kristallen zur Herstellung komplexer Bauteile für messtechnische Zwecke.

Die Einheit der Masse wird als einzige der Basiseinheiten bis auf den heutigen Tag durch den Kilogramm-Prototyp verkörpert. Alle übrigen Basiseinheiten können auf physikalische Fundamentalkonstanten zurückgeführt werden. Die Arbeitsgruppe Röntgenoptik verfolgt daher auch die Aufgabe, die Voraussetzung für eine Neudefinition der Masseeinheit auf der Grundlage von Atommassen zu realisieren. Es koordiniert die dazu in unterschiedlichen Fachbereichen durchgeführten Teiluntersuchungen. Dazu gehört z. B. die Bestimmung der Anzahl von Atomen in einem Einkristall der Masse 1 kg. Die Messmethode basiert auf einer sehr präzisen Bestimmung der Avogadrokonstanten N_A an ausgewählten, hochreinen Silizium-Kristallen: Aus dieser Aufgabenstellung heraus leiten sich auch weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Rahmen der Längen- und Winkelmessung atomar kleiner Größen ab. Für die Industrie bietet das Projekt Dienstleistungen in Form von Kristallorientierungsmessungen an Stäben und Waferscheiben an.

• Metrologische Anwendung der Röntgeninterferometrie
• Röntgen-Fabry-Perot-Interferometer
• Siliziumbearbeitung und Untersuchung von Kristallbaufehlern (Röntgentopographie)
• Kristallorientierungsmessungen (Off-Winkel an Waferscheiben, Kristallorientierungsapparatur)