Projektpraktikum Festkörperphysik


Projekttitel:

„Auger-Elektronenspektroskopie zur Elementanalyse“

Kategorie:

Experimentalphysik

Ansprechpartner/Betreuer:
Dr. D. Lützenkirchen-Hecht, Ebene U08

Kurzbeschreibung:

Die Auger Elektronen Spektroskopie (AES) ist eine häufig eingesetzte oberflächenanalytische Methode, die es erlaubt, dreidimensionale Elementverteilungen in einer Probe zu bestimmen. Ähnlich wie bei der Rasterelektronenmikrokopie wird die Probe bei der AES mit einem monochromatischen Elektronenstrahl abgerastert. In einem gewissen Volumen unterhalb der Oberfläche können die Atome über Sekundärprozesse ionisiert werden. Die Relaxation dieses angeregten Zustandes ist über zwei konkurrierende Wege möglich: 1) Ein Valenzelektron besetzt das kernnahe Loch und emittiert ein (Röntgen-)Fluoreszenzquant der entsprechenden Energiedifferenz, oder 2) der Überschuß an Energie wird auf ein weiteres Valenzelektron übertragen, welches das Atom mit einer charakteristischen kinetischen Energie verlassen kann (Auger-Elektron). Da die Auger-Elektronen auf dem Weg zur Oberfläche inelastische Streuprozesse erfahren, ist die resultierende Austrittstiefe sehr stark eingeschränkt: Nur Auger-Elektronen aus einer etwa 1 nm dicken Oberflächenschicht können die Probe wirklich verlassen. Da die kinetische Energie des Auger-Elektrons charakteristisch für die Bindungsverhältnisse und die in dem jeweiligen Element involvierten Atomniveaus ist, können Auger-Elektronen effizient für eine qualitative und quantitative Elementanalyse eingesetzt werden. Durch die Rasterung des anregenden Elektronenstrahls über die gesamte Probenoberfläche läßt sich so eine Verteilung der nachweisbaren Elemente bestimmen. Wird eine Ionenkanone zum systematischen Abtrag der Probe genutzt, so kann entsprechend auch eine Tiefenauflösung erhalten werden.

Im Rahmen des Projektpraktikums sollen zunächst verschiedene Reinelemente (u.a. Silizium und verschiedene Metalle) vermessen werden. Präparierte Halbleiterbauelemente sollen anschließend mit räumlicher Auflösung untersucht werden. Zur Verfügung steht ein analytisches Rasterelektronenmikroskop, Typ Physical Electronics Phi 600.

Vorstellung des Arbeitsablaufes:

  1. Einweisung die Benutzung des analytisches Rasterelektronenmikroskopes.

  1. Kalibrierung des Spektrometers und der Elektronenoptik

  1. Untersuchung von verschiedenen Reinmetallen und Halbleitern. Identifikation der gemessenen Übergänge und Zuordnung zu Elementen.

  1. Messungen an lateral strukturierten Proben: Elementverteilung in Halbleiterbauelementen (ICs, Speicherbausteine, Computer-Prozessoren)

  2. Zerstörungsfreie Tiefenprofilierung durch Drehwinkelabhängige Messungen: Identifikation von Oberflächenkontaminationen am Beispiel von oxidierten Metallen (Cu, Ni, Fe, ...)

Lernziele:

  1. Vertiefte Kenntnisse der Hoch- und Ultrahochvakuumtechnik

  1. Methoden der experimentellen Oberflächenphysik: Rasterelektronenmikroskopie, Auger-Elektronenspektroskopie

  1. Quantitative Häufigkeitsanalyse speziell leichter Elemente, Tiefenprofilierung

Voraussetzungen:

  1. Vorlesung Festkörperphysik/ Oberflächenphysik

  1. Grundkenntnisse Atom- und Quantenphysik. Elektronenniveaus in Metallen, Halbleitern, Isolatoren.