An der Oberfläche des neuen Kilogramms
Neue Instrumentierung für die Oberflächenanalytik von Siliziumkugeln
Oberflächeneffekte wie die sich ausbildenden Oxid- und Kontaminationsschichten haben einen merklichen Einfluss auf Masse und Volumen der verwendeten Silziumkugeln (die Oberflächenschichten haben zusammen eine Masse von etwa 100 μg).
Durch die Kombination von Röntgenfluoreszenz- und Photoelektronenspektroskopie lässt sich in einer Apparatur sowohl die chemische Zusammensetzung als auch die Massenbelegung an der Oberfläche der Kugel(n) bestimmen. Die PTB kann auf diese Weise die Oberfläche mit höchster Genauigkeit charakterisieren.
Kernstück ist ein Probenmanipulator, der die Kugel nur minimal berührt (Dreipunktauflage) und die Messung an jedem Punkt der Oberfläche erlaubt. Die Anlage ist mit einer monochromatischen Al-Röntgenquelle ausgestattet. Mithilfe von Siliziumoxid-Referenzproben ist es möglich, die Sauerstoffmassen-Deposition und damit die Siliziumoxid-Schichtdicke über die gesamte Kugeloberfläche mit kleinsten Unsicherheiten zu bestimmen. Zusätzlich werden Kontaminationen bestimmbar, die während des Produktionsprozesses und auch bei der Handhabung der Kugeln entstehen können.
Ansprechpartner
Michael Kolbe
Fachbereich 7.1
Radiometrie mit Synchrotronstrahlung
Telefon: (030) 3481-7131
michael.kolbe(at)ptb.de
Wissenschaftliche Veröffentlichung
R. Fliegauf, B. Beckhoff, E. Beyer, E. Darlatt, I. Holfelder, P. Hönicke, G. Ulm, M. Kolbe.: Surface characterization of silicon spheres by combined XRF and XPS analysis for determination of the avogadro constant. Proc. of 2016 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016), DOI: 10.1109/CPEM.2016.7540797