Struktur- und Phasenanalyse

Spektroskopisches Ellipsometer

In der Ellipsometrie analysiert man die Polarisationsänderung eines an einem Substrat reflektierten Lichtstrahls um die dielektrischen Eigenschaften von Dünnfilmen oder deren Schichtdicke zu bestimmen. Sind die Dünnfilme ausreichend genau definiert können aus den dielektrischen Eigenschaften weitere Rückschlüsse auf die Zusammensetzung, Kristallstruktur, Anisotropie, Leitfähigkeit, Dotierung oder Rauheit gezogen werden.

Für die Analyse wird der einfallende Lichtstrahl zunächst linear polarisiert und auf das Substrat gerichtet. Die Polarisation wird in der Regel im 45° Winkel zur Einfall-Ebene justiert, sodass sich das elektromagnetische Feld des einfallenden Strahls gleichermaßen in einen parallelen und einen senkrechten Anteil aufteilen lässt. Das Verhalten dieser Anteile bei der Reflektion an einem Dünnfilm oder einem Schichtsystem kann durch die Fresnelschen Formeln beschrieben werden.

Ein Analysator detektiert das Amplitudenverhältnis und die Phasenverschiebung der senkrechten und parallelen Anteile im reflektierten Strahl. Neben diesen Messwerten bedarf es noch eines Modellsystems, das aus den bekannten Parametern, z.B. Schichtdicken, über den Dünnfilm oder das Schichtsystem erstellt wird. Die Analyse-Software fittet nun die aus dem Modell noch unbekannten Parameter in den Fresnelschen Formeln solange an, bis die experimentellen Daten mit einem möglichst kleinen Fehler reproduziert werden.

Woollam M2000

Das M2000 ist ein spektroskopisches Ellipsometer das eine großen Spektrumsbereich bietet und dabei sehr schnelle Messungen ermöglicht. Das M2000 deckt mit 470 Wellenlängen eine Wellenlängenbereich von 245 nm - 1000 nm ab. Das 2015 installierte Nah-Infrarot Upgrade erweitert den Messbereich mit zusätzlichen 190 Wellenlängen von 1005 nm - 1690 nm. Der Einfallswinkel kann voll-automatisch von 45° - 90° durchfahren werden. Eine Messung dauert typischerweise nur wenige Sekunden pro Einfallswinkel. Der Modulare Aufbau ermöglicht zudem den Betrieb direkt an Beschichtungsanlagen zur In-Situ Wachstumskontrolle.

STM - Rastertunnelmikroskop

Das Rastertunnelmikroskop (STM) arbeitet, ähnlich einem AFM, mit einer feinen Spitze, die rasterförmig über ein Substrat bewegt wird. Beim STM wird die Spitze nicht in Kontakt mit der Oberfläche gebracht, sondern auf einen Abstand von 0,1 - 1 nm angenähert. Über diese geringe Distanz können Elektronen durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Spitze und Substrat tunneln. Der Tunnelstrom ist exponentiell abhängig vom Abstand und erlaubt eine vertikale Auflösung von bis zu 0,01 Å. Die laterale Auflösung kann bis zu 1 Å betragen. Das Mess-Signal gibt dabei eigentlich nicht direkt die Topographie wieder, sondern vielmehr die Höheninformation einer konstanten Elektronendichte. Über die lokale Messung der elektronischen Struktur gewinnt man mit dem STM daher auch Zugang zu chemischen Eigenschaften eines Substrats.

Omicron VT-STM

Das Variable Temperature (VT)-STM von Omicron ermöglicht die Messung über einen großen Temperaturbereich von 25 K - 1500 K. Das STM verfügt über den optionalen QPlus-Sensor, durch den sich das STM auch als AFM im non-contact Modus betreiben lässt. Somit können verhältnismäßig schnell Übersichtsbilder aufgenommen werden, um die Position zur eigentlichen STM Messung anzufahren. Das System erlaubt zudem Rastertunnelspektroskopie, bei der an jedem Bildpunkt die Spannung in einen kleinen Bereich um die Tunnelspannung durchfahren wird und die Änderung im Tunnelstrom aufgezeichnet wird. Über das dI/dV Signal lassen sich so lokal Zustandsdichten ermitteln.

Das VT-STM ist in einem UHV Stand der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Thomas Chassé eingebaut.

Woollam M2000

Omicron VT-STM

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