Schichtdickenanalyse mit mikro-RFA am REM

Da Röntgenstrahlen Probenmaterie besser durchdringen kann, ist die Mikro- Röntgenfluoreszenz eine ideale ortaufgelöste analytische Technik zur Bestimmung von Schichtsystemen. Mit der Mikro-XRF auf REM lassen sich somit Schichtsysteme (Dicke und Zusammensetzung) mit räumlicher Auflösung im Mikrometer Bereich schnell und einfach analysieren. Typische Anwendungen sind metallische Beschichtungen auf Wafern, Multielement-Beschichtungen und Solarzellen. Die Schichtdickenquantifizierung basiert auf dem (standardfreien) Ansatz der Verwendung atomarer Fundamentalparameter (FP). Die Genauigkeit der Quantifizierungsergebnisse lässt sich durch die Verwendung von Standards noch weiter verbessern. Durch den standardfreien Ansatz eignet sich die Schichtdickenanalyse am REM insbesondere für neuartige Schichtsysteme in der Forschung & Entwicklung.

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Abb. 1: Beispiel der Schichtstruktur einer Solarzelle. In den meisten Fällen wird der Absorber aus CIGS-Strukturen hergestellt, die aus Cu-In-Ga-Se oder Cu-In-Ga-S Verbindungen bestehen. CIGS-Solarzellen werden in der Regel durch Abscheidung auf Glas- oder Metallsubstraten hergestellt, die mit einer Mo-Schicht kontaktiert sind. Im Vergleich zur herkömmlichen Schichtdickenanalyse am REM, bei der Schichten im Querschnitt bestimmt werden, können diese mit dem XTrace direkt auf der Oberfläche auch ohne aufwändige Probenvorbereitung schnell und einfach bestimmt werden.

Abb. 2: Mikro-XRF-Spektrum der Solarzelle, die alle relevanten Elementlinien aus den verschiedenen Schichten zeigen. Auch die hochenergetischen Linienserien der schweren Elemente (z.B. Mo-K und In-K) können mit Hilfe der mikro-RFA leicht angeregt werden. Die größere Informationstiefe der Röntgenanregung ermöglicht einen tieferen Blick in das Material und somit die Charakterisierung relativ dicker Schichten bzw. mehrschichtiger Systeme ab 1 nm und bis zu 40 µm Gesamtschichtdicke. Darüber hinaus kann auch die Zusammensetzung der CIGS-Struktur bestimmt werden. Dieses Beispiel wurde mit einem standardlosen Fundamentalparameter (FP) basierten Ansatz analysiert. Standards können in der Software verwendet werden, um die Präzision der Ergebnisse zu erhöhen.