Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

3.2 Schichtanalyse and Charakterisierung 45
kristall, hier wird ein LiF Kristall mit einem Gitterabstand von 2d = 4,0276A verwendet.
Nach der Bragg Gleichung wird die Fluoreszenzstrahlung an den Gitterebenen des Kristalls
reflektiert. Aber im Gegensatz zu XRD sind die Gitterabstände d des Analysatorkristalls bekannt.
Daher kann über den Einfalls- bzw. Ausfallswinkel θ die Wellenlänge und damit die
Energie der Strahlung bestimmt werden
c
E = h ⋅
3.3
λ
Es sind Kollimatoren notwendig, um die Genauigkeit der Winkelauflösung zu verbessern und
die Hintergrundstrahlung zu minimieren. Bei den verwendeten Detektoren handelt es sich
wahlweise um einen Szintillationszähler oder ein Proportionalzählrohr.
Abbildung 3.12: Prinzipieller
Aufbau der XRF Anlage.
Gemessen wird standardmäßig eine Fläche von 4,91cm², was einem Kreis mit einem Durchmesser
von 2,5cm entspricht und damit gerade ausreichend für 1“ große Proben ist. Diese
werden dazu in einen entsprechenden Probenhalter eingespannt, der während der Messung
rotiert, um dadurch über Inhomogenitäten zu mitteln. Um den Streuuntergrund gering zu halten,
erfolgt die Messung unter Vakuum. Da die hier untersuchten Schichten auf einkristallinen
Substraten abgeschieden werden, sind mögliche Reflexe (auch Umweganregungen) vom Substrat
ebenfalls zu beachten; durch die Probenrotation werden diese Einflüsse aber stark reduziert.
Das gesamte Spektrum der aktuellen Fluoreszenzlinie und des Untergrundes wird nur
bei der ersten Eichung durchfahren. Für die Routineanalyse wird nur das Linienmaximum und
der Untergrund an zwei, oder für den Fall, dass andere Reflexe störend auf den Untergrund
wirken, an vier Punkten gemessen (sog. Dreipunkt bzw. Fünfpunkt Verfahren).
Obwohl die Anregungsquerschnitte für die Fluoreszenzstrahlung berechnet werden können,
verwendet man für genaue Messungen Eichpräparate. Hier standen als Eichstandards mittels
CSD (Abscheidung aus der Lösung) hergestellte BST-Proben mit bekannter Zusammensetzung
zur Verfügung. Damit lässt sich die Stöchiometrie der Schichten, d.h. die relativen
Anteile der Kationen, Sr/Ti, Ba/Sr, mit einer Genauigkeit unter 0.5 % bestimmen. Da im Gegensatz
zur Stöchiometrie die genaue Massenbelegung der CSD Proben nicht bekannt ist,
wurde diese indirekt bestimmt. Dazu wurde die Dicke mit einem Profilometer (Fa. Veeco,
Dektak), bestimmt und anschließend die Massenbelegung mit Hilfe der theoretischen Dichte
von Ba0,70Sr0,30TiO3 (ρ = 5,758g/cm³) berechnet. Die Messung an diesen Proben liefert die
Eichgeraden, d.h. die Zusammenhänge zwischen der Zählrate und der Massenbelegung, bzw.
der Zählrate und der Dicke. Diese Eichung wird in regelmäßigen Abständen wiederholt, um
ein Altern der Röhre zu kompensieren. Da die Dichte der verwendeten CSD Proben i.A. nahe
an der idealen Dichte liegt, ist dieser systematische Fehler relativ klein und der Fehler der
Dickenbestimmung liefert den größeren Beitrag. Somit sind die Absolutwerte der Angaben
für die Massenbelegung mit einer Unsicherheit von 3 – 5% behaftet.