Inbetriebnahme und erste Experimente an einem Totalreflexionsspektrometer (TXRF) für Siliciumscheiben
Studienarbeit
Bearbeitungsstatus:
abgeschlossen
Bearbeiter:
Michael Wiendl
Betreuer:
- Erdmann, Viviane
- Huber, Andreas
Abschlussjahr:
1999
Beschreibung
Die Totalreflexionsröntgenfluoreszenz (TXRF-) Analyse ist ein berührungsloses und zerstörungsfreies Analyseverfahren zur Untersuchung von oberflächennahen Verunreinigungen auf Siliciumscheiben. Dabei trifft ein monochromatischer Röntgenstrahl unter sehr kleinem Einstrahlwinkel auf die Scheibenoberfläche. Bei einem Einstrahlwinkel unterhalb des kritischen Winkels für Totalreflexion werden dabei die obersten Monolagen einer Siliciumscheibe in einem Tiefenbereich bis zu 3 nm zur Fluoreszenzstrahlung angeregt. Die Fluoreszenzstrahlung wird in einem energiedispersiven Detektor analysiert. Mit der TXRF-Analyse können somit mehrere Elemente zeitgleich analysiert werden. Eine Variation des Einstrahlwinkels ermöglicht die Lokalisierung der Verunreinigung auf der Oberfläche oder in oberflächennahen Schichten. Die Nachweisgrenzen liegen im Bereich von 1010 Atome·cm-2 und darunter.
Für die vorliegende Arbeit ist zunächst ein atomika txrf8030w von der Firma atomika instruments in Betrieb genommen worden. Es werden in dieser Arbeit einzelne Bauteile dieses Spektrometers genauer betrachtet. Die Röntgenstrahlenquelle, der Mehrschichtmonochromator und das Detektorsystem sind hier detailliert beschrieben. Ebenso wird die Auswertung der Signalimpulse der Röntgenfluoreszenzstrahlung hin zum energiedispersiven Spektrum behandelt. Dieser Übergang geschieht mittels einer digitalen Filterung im Vielkanalanalysator. Abhängigkeiten der Fluoreszenzintensitäten von unterschiedlich präparierten Siliciumscheiben werden durch experimentelle Untersuchungen verdeutlicht. Verunreinigungen sind zu diesem Zweck sowohl auf der Scheibenoberfläche als auch in oberflächennahen Schichten lokalisiert worden. Dadurch war es möglich systemimmanente Kenngrößen, die Qualitätseigenschaften wie Stabilität und Nachweisgrenzen des TXRF-Spektrometers charakterisieren, zu beschreiben und auch Abhängigkeiten der TXRF-Messungen von den Kristalleigenschaften der Siliciumscheiben durch winkelaufgelöste Messungen zu untersuchen. Durch winkelaufgelöste Messungen konnten auch dünne Mehrschichtsysteme auf Silicium nachgewiesen werden. Abschließend wurde die TXRF-Spektroskopie noch mit der Atomabsorptionsspektroskopie durch die Analyse von verschiedenen Metallen verglichen.