Techniklexikon

elastische Rückstreuanalyse

Oberflächen- und Grenzflächenphysik, Elastic Recoil Detection, ERD, nukleare Analysemethode zur tiefenaufgelösten und nahezu zerstörungsfreien quantitativen Analyse leichter Teilchen (mit Kernladungszahlen Z: 1 £ Z £9) an der Oberfläche von Festkörpern. Je nach Art der Probenoberfläche und des Projektils geht die Reichweite bis in Tiefen von einigen Mikrometern. ERD wurde 1976 eingeführt und ist seitdem eine weit verbreitete kernphysikalische Analysemethode, welche RBS-Untersuchungen (für Z > 11) ergänzt und Methoden der Nuclear Radiation Analysis (¹⁵N-Methode) aufgrund ihrer Einfachheit weitgehend abgelöst hat. Bei der ERD dringt ein Teilchenstrahl in ein Target ein verliert dort Energie aufgrund der elastischen Stösse mit den Targetatomen und wird an diesen gestreut. Dabei werden leichtere Teilchen von den schwereren Projektilen aus dem Target herausgelöst und unter einem Vorwärtswinkel Q spektroskopiert. Ebenfalls herausgeschlagene schwere Teilchen werden durch eine vor dem Detektor befindliche Absorberfolie gestoppt. Die Energie der gemessenen Teilchen sowie ihre Energieaufweitung ermöglichen eine Umwandlung der gemessenen Spektren in Konzentrationstiefenverteilungen. Höhere Nachweisgrenzen bzw. Tiefenauflösungen für leichte Elemente erhält man durch Koinzidenzmessungen von rückgestreuten und gestreuten Teichen (Coincidence Elastic Recoil Detection CERD), Flugzeitmassenspektrometern oder magnetischen Spektrometern. ERD ermöglicht beispielsweise die Messung der Tiefenverteilung von Wasserstoff in PVD-Siliciumnitridfilmen in Tiefen von bis zu 500 nm.

elastische Rückstreuanalyse 1: Schematische Darstellung der elastischen Rückstreuanalyse zum Nachweis leichter Teilchen. Das Projektil besitzt die Masse M_A, die Kernladungszahl Z_A und die Energie E₀. Das Ejektil besitzt die Masse M_B, die Kernladungszahl Z_B und die Energie E₁ bzw. nach Passieren der Absorberfolie die Energie E₂. Der Kippwinkel ist f, der Detektorwinkel Q und der Detektoröffnungswinkel W.

elastische Rückstreuanalyse 2: ERD-Analyse zur Bestimmung der Wasserstoff-Konzentrationsverteilung in PVD-Siliciumnitridfilmen. Gezeigt ist der Restgaseinfluss während der Filmherstellung auf die H-Konzentration.