Universeller Standard zur Kalibrierung von Raman-Mikroskopen entwickelt

20.12.2013

In der PTB wurde ein neuer Standard zur Kalibrierung von konfokalen Raman-Mikroskopen entwickelt. Hierzu wurden in Zusammenarbeit mit der der AG „Nanostrukturierung“ auf einer gemeinsamen Substratoberfläche unterschiedliche periodische Strukturen vereinigt, die sowohl eine dimensionelle Kalibrierung der Proben-Positioniereinrichtung als auch eine Bestimmung der optischen Auflösung des Mikroskops ermöglichen.

Die konfokale Raman-Mikroskopie (Mikro-Ramanspektrometrie) ist eine vielseitige Messmethode zur zerstörungsfreien Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung einer Probe, der Kristallinität sowie mechanischen Spannungseinflüssen. Durch schrittweises Abrastern der Probe unter dem Mikroskop („Raman Mapping“) wird dabei eine hohe räumliche Auflösung im Sub-Mikrometerbereich erzielt. Die Güte der so gewonnenen qualitativen und quantitativen Informationen wird maßgeblich durch die Eigenschaften der Proben-Positioniereinrichtung und der konfokalen Optik bestimmt. Eine sorgfältige Kalibrierung und Charakterisierung dieser Komponenten ist daher unerlässlich.

Kommerziell erhältliche Standards zur Kalibrierung von optischen und Rasterkraftmikroskopen sind in der Regel für Raman-Messaufgaben ungeeignet, da sie entweder kein Raman-Signal hervorrufen oder nicht den Anforderungen an Orthogonalität, Topographie und Periodizität genügen. Aus diesem Grund wurde in Zusammenarbeit mit der PTB-Arbeitsgruppe 2.22 „Nanostrukturierung“ ein neuer universeller Raman-Standard entwickelt, der auf einer gemeinsamen, Raman-aktiven Substratoberfläche unterschiedliche periodische Strukturen vereinigt.

Diese Muster sind für einen weiten Bereich von Kalibrierabständen (1 ... 200 µm) ausgelegt, indem sie eine dem Nyquist-Theorem entsprechende Mindestabtastung bei Verwendung unterschiedlicher Anregungswellenlängen und Objektive ermöglichen. Durch die Othogonalität der Strukturen ist eine simultane Kalibrierung beider lateraler Achsen der Positioniereinrichtung unter gleichzeitiger Beurteilung der Positioniergenauigkeit und Wiederholpräzision möglich. Weiterhin befinden sich auf dem Chip einzelne Punktstreuzentren und Kanten zur Bestimmung der detektierten Punktspreizfunktion, die einer Bestimmung der optischen Auflösung des Mikroskops dienen.

Die Rückführung hinsichtlich Periodizität und Flächenbelegung der Strukturen auf das SI wurde mit Hilfe der metrologischen Rastersondenmikroskopie der PTB in Abteilung 5 durchgeführt. Die erstellten Strukturen werden derzeit auch auf ihr Potential zur Rückführung reflektometrischer Messungen getestet.

(S. Zakel, R. Stosch, 3.14, Opens window for sending email rainer.stosch(at)ptb.de)