Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

44 3 Experimentelles
3.2.1 Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF)
XRF ist eine zerstörungsfreie Methode und es bedarf keiner besonderen Probenpräparation.
Hiermit können alle festen Materialien wie Pulver oder dünne Schichten untersucht werden.
Prinzipiell ist es möglich, die Atomzusammensetzung der Elemente von Beryllium (Ordnungszahl
4) bis Uran (Ordnungszahl 92) zu bestimmen.
Mittels Röntgenstrahlung werden Rumpfelektronen aus den Atomen herausgeschlagen (die
Energie dieser Elektronen kann mittels XPS analysiert werden, s.u.). Die entstandene Lücke
wird durch Elektronen der äußeren Hülle aufgefüllt. Dabei wird Fluoreszenzstrahlung frei.
Diese Strahlung ist wie ein Fingerabdruck für das jeweilige Atom, siehe Abbildung 3.11. Die
Bezeichnung richtet sich nach den Hauptschalen. Eine Kα Strahlung z.b. beschreibt die Abstrahlung,
die beim Elektronenübergang von der L zur K Schale frei wird, Kβ wird beim Übergang
von der M zur K Schale frei...
Die Intensität der einem speziellen Übergang entsprechenden Fluoreszenzlinie ist proportional
zur Konzentration des entsprechenden Elements. Limitiert wird diese Intensität durch die
Absorption der Strahlung und die dadurch gegebene Eindringtiefe der Röntgenstrahlung. Diesen
Zusammenhang beschreibt die Lambert-Beer Gleichung:
= I ⋅ exp( −βx)
3.2
I x
0
Abbildung 3.11 zeigt das Prinzip der
Röntgenfluoreszenzmessung
Hier beschreibt Ix den Intensitätsverlust nach einer Strecke x durch die Probe und I0 die Intensität
im Fall einer unendlich dünnen und gleichmäßigen Oberfläche. Der Adsorptionskoeffizient
β ist eine Materialkonstante mit der Dimension m -1 . Da er sowohl vom Material,
als auch von der Wellenlänge der auftreffenden Strahlung abhängt, muss er experimentell
bestimmt werden. In der Praxis allerdings beträgt die Eindringtiefe einige Mikrometer und ist
damit wesentlich größer, als die Dicke der zu untersuchenden Filme (< 0,2µm), d.h. auch darunterliegende
Schichten liefern Beiträge zur Messung [67]. Aus diesem Grund war es notwendig
bei der Messung von BST auf Platin die TiO2 Haftschicht durch eine ZrO2 Haftschicht
zu ersetzen.
Das hier verwendete Gerät von Rigaku (ZSX-100e) ist mit einer 3kW Rhodium Röhre ausgestattet
[68]. Um die Energie der emittierten Fluoreszenzstrahlung zu bestimmen, wird der in
Abbildung 3.12 skizzierte Aufbau benutzt. Eine wesentliche Komponente ist der Analysator-