Ionenstrahl-
Analytik Seminar
PIXE - J. Meijer
RBS - A. Stephan
NRA - H.W. Becker
19. Juni 2000

Inhalt
u
u
uGrundlagen des  Rutherford Back Scattering (RBS)
uExperimentelle Beispiele
uAuswertung mitttels Simulation

Grundlagen von Standard-RBS
   Teil 1


“Leichtes” Ion (Mion < Mtarget)
Anfangsenergie =  Eein
KLASSISCHE
MECHANIK
10-10 m
10-14 m
Endenergie =  Eaus
Grundlagen

Streuung an der ersten Lage
k
=
M
Probe
2
-
M
Ion
2
(sin
q
)
2
+
M
Ion
cos(
q
)
M
Ion
+
M
Probe
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
2
Probe
Streuwinkel ()
Einfallendes Ion, Energie Eein
Gestreutes Ion, Energie Eaus
E
ein
=
k
E
aus
Für einen festen Streuwinkel q
Grundlagen

Streuwahrscheinlichkeit
d
s
d
W
µ
Z
Ion
Z
Probe
E
Ion
é
ë
ê
ù
û
ú
2
Grundlagen

Bremsvermögen für Ionen
Grundlagen
 “Stopping Power “ = dE/dx
Hauptsächlich:
WW mit den Elektronen in der Probe

Elektronischer und Nuklearer Beitrag zur Streuung
Energie
Tiefe
Probe
Vakuum
E0
Oberfläche
E1
E2
E1=E0-x dE/dx
E2=E1k
E3
E3=E2-x dE/dx
Wechselwirkung
mit den Elektronen
WW mit
den Atom-
kernen
Grundlagen

Die Ausbeute einer unendlich dünnen Schicht
Y = Anzahl der detektierbaren Ereignisse
ds/dW = Streuwahrscheinlichkeit (Wirkungsquerschnitt)
W = Raumwinkel des Detektors
Q = Anzahl der Ionen, die auf die Schicht treffen
N = Anzahl der (Atome / Fläche) in der Schicht
Grundlagen

 Experimentelle Beispiele
Teil 2


Freistehende Monolage  W
W = 1015 Atome/cm2
Dosis = 10 mC
d
s
d
W
µ
Z
Ion
Z
Probe
E
Ion
é
ë
ê
ù
û
ú
2
» 6 •1013 Teilchen
Energie des einfallenden He+: 2.00 MeV
Beispiele

Freistehende ML, W & Si
Si und W =
1015 Atome/cm2
ZSi= 14
ZW= 74
d
s
d
W
µ
Z
Ion
Z
Probe
E
Ion
é
ë
ê
ù
û
ú
2
W
Si
Beispiele

Streuung an einem 100 nm W Film auf Si Substrat
W
Si
Streuung an
W
Streuung an
Si
E=2.0 MeV
=160°
Q=10 C
Beispiele

SiW
Si
Streuung an
W
Streuung an
Si
E=2.0 MeV
=160°
Q=10 C
Braggsche
 Regel
Beispiele
Streuung an einem 100 nm SiW Film auf Si Substrat

W
Si
Streuung an einem 100 nm Si Film auf W Substrat
E=2.0 MeV
=160°
Q=10 C
Beispiele

W
SiW
E=2.0 MeV
=160°
Q=10 C
W Signal
Si Signal
Streuung an einem 100 nm SiW Film auf W Substrat
“Fehlendes”
Signal gibt
Aufschluß
über die
Proben-
zusammensetzung
Beispiele

Auswerteverfahren
Teil 3


Simulations Programme
uGenauigkeit der benutzten Stopping Power
Daten ist typisch 5 % !
uWir verwenden RBX
ufolgende Beispiele sind von RUMP

RUMP Analyse von Ag/Ni Multilagen auf SiOx/Si
Ag/Ni
SiO2
Si
Ag/Ni
Si in SiO2
O in SiO2
Si

RUMP - NbOx/Nb auf Al2O3
NbOx
Nb
Al2O3

Mit RBS erhält man:
uDie Anzahl der Atome/Fläche (Dicke)
uDie Zusammensetzung
uVariationen der Zusammensetzung
uDickenvariationen
RBS ist Ideal zur Analyse von
Materialien mit großem Z auf
Substraten mit niedrigem Z

Was man mit RBS NICHT erhält:
uDie Dicke in nm
uMorphologie
uStrukturinformationen
uDen Anteil leichter Elemente wie z.B. H!
Durch die Kombination von RBS und XRD Analyse
kann man die Dichte bestimmen !!

Typische Eckdaten
uTiefenauflösung: 2-10 nm
uRelative Genauigkeit: besser 1 Atom%
uAbsolute Genauigkeit: bestenfalls 1 Atom %
uDurchsatz: 1 Probe / 15 Minuten

Teil 4
Channeling


Was ist Channeling?
[USEMAP]
?

Einfallendes Ions
Detektor
Probe
Streuwinkel

Protonen Sprektrum
Random


Vergleich
Fenster
Random
Channeling Richtung

Channeling Winkel
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
Channelling Albany
Angle (Deg)
Rot-Flach
Gelb-Tief
S
U
B
S
T
R
A
T
Kanal Bereich

Vollständige Daten
Angle (°)


The End