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7.14 EUV-Nanometrologie - GIXRF

GIXRF

Bei der Röntgenfluoreszenzanalyse werden durch einfallende Röntgenphotonen Elektronen aus inneratomaren Schalen angeregt. Der anschließende Zerfall dieser angeregten Zustände führt zur Emission elementspezifischer Röntgenfluoreszenzstrahlung. Über eine energieselektive Messung der Röntgenfluoreszenzintensitäten unter Nutzung kalibrierter Instrumentierung  sind quantitative Rückschlüsse auf die Materialkomposition möglich. Durch einen streifenden Einfall der anregenden Röntgenstrahlung auf die Probe (GIXRF) können mit dieser Methode auch tiefenabhängige Elementverteilungen bestimmt werden.
Bei periodischen Nanostrukturen ist es möglich ein die Struktur umgebendes stehendes Wellenfeld zu erzeugen. Durch Rotation der Gitterstruktur um zwei Achsen bzgl. des einfallenden Röntgenstrahls kann diese Interferenz zwischen einfallender und ausfallender Welle gezielt genutzt werden, um die Orte maximaler elektrischer Feldstärke innerhalb der Struktur zu variieren und damit die Nanostruktur mit einer sub-nm Auflösung abzutasten. Die Intensität der dabei entstehenden Fluoreszenzstrahlung ist proportional zur anregenden elektrischen Feldstärke im Medium. Die Auswertung der Daten erfordert daher eine numerische Modellierung der räumlichen Feldstärkenverteilung. Für Gitter ähnliche Strukturen kann in der Simulation eine finite-elemente Methode genutzt werden. Für 3D Strukturen ist der numerische Aufwand bei den kurzen Wellenlängen aber so hoch, dass eine rigorose Berechnung der Nahfelder kaum noch möglich ist. Approximationsmethoden wie z.B. Opens internal link in current windowMB-DDT können diese Lücke aber schließen.

An der PTB PGM Beamline bei BESSY II können GIXRF Experimente in einem Energiebereich von 80 eV  bis 1860 eV durch geführt werden. Für die energiedispersive Detektion der emittierten Fluoreszenzstrahlung steht ein kalibrierter Silicon-Drift-Detector (SDD) zur Verfügung. Mit einem 2-Achsen Goniometer können die Proben im Ultrahoch-Vakuum justiert werden. Dabei kann der Einfallswinkel mit einer Genauigkeit von unter 0.01° ausgerichtet werden.

Weitere Informationen finden sich unter [Opens external link in current window7.24 Röntgenspektrometrie].

 

PGM Beamline
Energy range:80 eV - 1.86 keV
Photon flux: 10^10 / s
Beam waist:40 mm x 140 mm
Divergence:0.03°
Energy resolution:10^-4
Preferred sample sizes:20 mm x 20 mm

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