Analyse der Porengrößenverteilung in nanoporösen Siliziumdioxidschichten mithilfe Kleinwinkelröntgenstreuung unter streifendem Einfall (GISAXS)

Nanoporöse Siliziumdioxidschichten finden potentielle Anwendungen in unterschiedlichen Bereichen, inklusive der Biomedizin und Nanoelektronik. Studien haben ergeben, dass die Porengröße und die Proengrößenverteilung größte Auswirkungen auf die Eigenschaften und/oder die Funktionalität der Schichten haben. Die genaue und schnelle Untersuchung der durchschnittlichen Porengröße und Porengrößenverteilung ist deswegen ein wichtiger Schritt bei der Forschung und Entwicklung von Materialien auf der Basis nanoporöser Siliziumdioxid-Dünnschichten.

Die Kleinwinkelröntgenstreuung (SAXS) wird bereits seit langem für die Analyse der Partikel-/Porengröße verwendet. Da die Siliziumdioxidschichten jedoch auf dicken Schichtträgern gewachsen sind, kann die traditionelle Methode gemäß Transmissions-SAXS nicht angewandt werden. Um diesem Problem Herr zu werden, wird GISAXS genutzt, wobei der Einfallwinkel im Zehntelbereich genau kontrolliert werden kann. Zur präzisen Durchführung von GISAXS-Messungen muss die Probenoberflächen-Normale genau ausgerichtet und ein genauer Winkelversatz muss zur Verhinderung der Eindringung spiegelähnlicher Reflexionsintensitäten in den Detektor bestimmt werden. Das SmartLab Mehrzweckdiffraktometer mit seiner firmeneigenen Guidance-Software ermöglicht dabei die automatische Durchführung besonders schwieriger Ausrichtungen.

Die Abbildung unten zeigt das GISAXS-Profil einer porösen Siliziumdioxidschicht auf einem Silizium-Schichtträger, vermessen am SmartLab. Darüberhinaus werden die Analyseergebnissen unter Zuhilfenahme der Nanosolver-Software von Rigaku dargestellt. Die simulierte Kurve eines Modells gemäß sphärischer Poren/Partikel steht dabei in guter Übereinstimmung mit der Messung. Die Analyseergebnisse ergeben, dass die Schicht eine durchschnittliche Porengröße von 5.06 nm und eine Kleingrößenverteilung von lediglich 21.5% besitzt.

GISAXS curve of a porous silica film deposited on a silicon substrate



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