Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

MethodenM37: Röntgenreflektivität(XRR) – Methodik zur Bestimmungder Schichtdickevon zweidimensionalen NanostrukturenM37: Röntgenreflektivität (XRR)Die Methodik der Röntgenreflektivität (X-rayreflectivity, XRR) beruht auf den optischen Eigenschaftenvon Röntgenstrahlung. Beim Durchgangvon Röntgenstrahlen von einem Medium 1 in einMedium 2, wobei sich diese Medien nur durchihre Elektronendichte unterscheiden müssen, wirdein Teil des Strahles reflektiert und der andere Teildringt in das Medium 2 ein. Dieser Zusammenhangwird durch die Fresnelschen Koeffizientenbeschrieben, welche im Wesentlichen vom Einfallswinkelund den Elektronendichten abhängen. DieDurchführung einer Reflektivitätsmessung beruhtauf der Variation des Einfallswinkels des Primärstrahlesund der gleichzeitigen Detektion des reflektiertenStahles in einer spiegelnden Geometrie.Die verwendete experimentelle Anordnung ist einkonventionelles Röntgen-Pulverdiffraktometer mitspekularer Messgeometrie unter besonderer Wahlder Divergenzschlitze (s. Abb. 1, links).Bei einem Übergang von einem optisch dichterenMedium (z.B. Luft oder Vakuum) in ein optischdünneres Medium (z.B. ein Festkörper) ist der Brechungsindexn für Röntgenstrahlen kleiner als Eins,und damit tritt unterhalb eines kritischen Winkels Θ ceine externe Totalreflexion von Röntgenstrahlung ander Oberfläche eines Festkörpers auf. mit n als Brechungsindex für Röntgenstrahlungder Wellenlänge λ (in den Einheiten Angström, 1Å= 10 –10 m) und ρ e als die Elektronendichte des 2.Mediums (in den Einheiten Elektronen /Å 3 ). Beigrößeren Einfallswinkeln Θ des Primärstahles (Θ >Θ c ) wird die Reflexion von Röntgenstrahlen an derOberfläche, wie oben erwähnt, mittels der FresnelschenKoeffizienten beschrieben.Index Kontakte Institute Lösungen MethodenAbbildung 1:Links: Messgeometrie zur Röntgenreflektivität an Schichtsystemen unter Verwendung von Cu-K α -Strahlung,mit einem System von Divergenzschlitzen zur Kollimation des einfallenden und des reflektiertenStrahles, einem Sekundärmonochromator und der Detektoreinheit. Rechts: Prinzipskizze zur Entstehungvon „Kiessig Fringes“.Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 200597