Messtechnik für dünne Schichten

Nachfolgend findet sich eine kurze erläuternde Darstellung der wichtigsten Messtechnik, die zur Untersuchung der Beschichtungen von PT&B eingesetzt wird.

Profilometrie :: Schichtdicke | Schichtrauheit | Schichteigenspannung

Mit einem mechanischen Profilometer (Tastschnittinstrument) wird die Oberflächentopographie der Schichten vermessen. Dabei ist ein direktes Ablesen der Schichtdicke möglich, wenn beim Beschichtungsprozess mithilfe von Masken scharfe Übergänge zwischen dem unbeschichteten Substrat und der Schicht (Stufen) erzeugt werden. Das Oberflächenprofil gestattet die direkte Berechnung der Rauheit. Aus der Verbiegung von definierten Substraten ist die Bestimmung der Eigenspannung einer Schicht möglich.

Nanoindenter :: Härte | Elastizitätsmodul | Elastizität

Durch Aufnahme der Kraft-Weg Kurve eines Probekörpers (Vickers-Diamant) werden die mechanischen Eigenschaften der Schichten gemäß DIN EN ISO 14577-1 vermessen. Bei dünnen Schichten liegen die verwendeten Kräfte im Bereich von einigen mN bis einigen 10 mN und die Eindringtiefen betragen bis zu einige 100 nm. Wichtige Parameter die auf diese Weise bestimmt werden sind die Martenshärte, die Vickershärte, der elastische Eindringmodul (etwa dem E-Modul entsprechend) sowie der Anteil der elastischen Deformationsarbeit beim Eindringen des Probekörpers.

Optische Spektrometrie :: Brechungsindex | Absorption

Die optischen Transmissionsspektren der Schichten werden im Bereich des ultravioletten, sichtbaren und nahem infraroten Spektralbereichs (UV/VIS/NIR) aufgenommen. Aus diesen Spektren werden der Brechungsindex, der Absorptionskoeffizient und auch die Schichtdicke bestimmt. Typische Substratmaterialien für die optische Spektrometrie sind Quarz, Borosilikatgläser oder Plastikfolien.

Elektrische Messungen :: spezifischer Widerstand und Leitfähigkeit | Durchschlagsfestigkeit

Aus Strom-Spannungs Messungen an definierten geometrischen Strukturen von Schichten werden deren elektronische Eigenschaften bestimmt, wobei für metallische Schichten und Isolatoren zumeist der spezifische Widerstand angegeben wird, während bei Halbleitern die Angabe des Kehrwertes, der spezifischen Leitfähigkeit erfolgt. Für isolierende Schichten ist zudem die Angabe der Durchschlagsfestigkeit (der maximalen Feldstärke bei der die Isolatoreigenschaften erhalten bleiben) relevant.

XPS und SIMS :: Quantitative Analyse

Die stoffliche Zusammensetzung dünner Schichten hat einen entscheidenden Einfluss auf deren Eigenschaften. Daher ist die Kenntnis der genauen elementaren Zusammensetzung einer Schicht oft von großer Bedeutung. Bei der Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) werden durch Röntgenstrahlung die so genannten Photoelektronen angeregt und elementspezifisch registriert. Die Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) detektiert die bei einem Abtragen der Schicht entstehenden Ionen. Beide Verfahren der quantitativen Analyse liefern die atomare Zusammensetzung der Schicht, die als prozentualer Anteil der Atome eines Elements bezogen auf alle in der Schicht enthaltenen Atome angegeben wird (in Atom % oder - abgekürzt - at%).