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Neue Instrumentierung für die quantitative Oberflächenanalytik von Siliziumkugeln

30.12.2014

Nach anderthalbjähriger Konstruktions- und Aufbauphase wurde in Berlin-Adlershof eine Apparatur zur metrologischen Charakterisierung der Oberfläche von 1 kg schweren Siliziumkugeln, die zur Neubestimmung der Avogadro-Konstante genutzt werden, in Betrieb genommen. Ziel dieser Instrumentierung ist die genaue Bestimmung der Dicke der Oxidschicht an der gesamten Kugeloberfläche sowie die Bestimmung der Stöchiometrie dieser Schicht. Desweiteren sollen potenzielle Oberflächenkontaminationen, die sich bei der Herstellung, dem Transport oder der Lagerung dieser hochreinen Siliziumkugeln angelagert haben könnten, quantitativ bestimmt werden.

Apparatur zur metrologischen Charakterisierung der Oberfläche von 1 kg schweren Siliziumkugeln

Dazu verfügt die neue Instrumentierung für die Oberflächenanalytik über eine monochromatische Röntgenquelle, einen Fluoreszenzdetektor sowie ein Elektronenspektrometer. Die Bestrahlung der Oberfläche mit Al Kα-Photonen der Energie von 1486,7 eV erlaubt u. a. die Anregung von Übergangsmetallen sowie von leichteren Elementen wie Sauerstoff und Kohlenstoff. Die Analyse der von diesen Elementen an der Oberfläche ausgehenden Röntgenfluoreszenzstrahlung mittels eines hinsichtlich seiner Detektionseffizienz sowie Ansprechverhaltens radiometrisch charakterisierten Detektors ermöglicht die quantitative Bestimmung der Massendeposition dieser Elemente. Desweiteren verfügt die Instrumentierung über einen hochauflösenden Photoelektronendetektor, mit dem die Stöchiometrie der Siliziumoxidschicht bestimmt wird. Kernstück der neuen Instrumentierung ist ein ultrahochvakuumtauglicher Kugelmanipulator, mit dessen Hilfe jeder Punkt auf der Oberfläche im Strahlengang positioniert werden kann. In der nächsten Zeit steht eine umfassende Charakterisierung der Instrumentierung an, ehe sie im Routinebetrieb für die quantitative Analyse der Oberfläche von Siliziumkugeln genutzt werden wird.