Zerstörungsfreie, quantitative Wasserstoffanalytik

Methode:

Es wird die resonante Kernreaktion  

15N + 1H -> 12C + 4He + γ (4,43 MeV)

zur standardfreien Bestimmung des Wasserstoff-Gehaltes in oberflächennahen Schichten von Festkörpern verwendet (Resonante Kernreaktions-Analyse, RNRA). Dabei wird ausgenutzt, dass die Ausbeute an γ -Strahlung sehr stark von der Energie der 15N-Einschussionen abhängig und bei der Resonanzenergie Eres = 6,385 MeV um ein Vielfaches überhöht ist.

Schießt man mit einer Energie E > Eres ein, so erreichen die 15N-Ionen durch Energieverlust in der Probe erst in einer bestimmten Tiefe die Energie Eres. Dadurch ist es möglich, den Wasserstoffgehalt in Abhängigkeit von der Tiefe zu bestimmen.

 Gamma-Resonanz für die Wasserstoffanalyse


 Eigenschaften des Wasserstoff-Analytik-Messplatzes am  5 MV-Tandem:

  • Einschussionen:
15N2+
  • Energie
6,3 bis 12 MeV
  • Strahlstrom:
10 - 50 nA
  • Strahlfleck:
1 - 100 mm2 
  • Nachweisgrenze:
0,02 at%  (200 ppm)
  • Analysiertiefe:
bis 5 µm (materialabhängig)
  • Tiefenauflösung:
typ.: 8 nm (Si), minimal 1 nm (streifender Einfall)
  • Messgröße:
Ausbeute der 4,43 MeV-γ
  • Detektor:
4" x 4 " BGO

Beispiele: 

Wasserstofftiefenprofil in GaAs
Analysebeispiel 1:
Wasserstoff Tiefenprofil in GaAs mit 1 nm Tiefenauflösung
Wasserstofftiefenprofil in DLC Schichten
Analysebeispiel 2:
Wasserstoff Tiefenprofil in DLC Schichten, die mittels PECVD hergestellt wurden  

Experimenteller Aufbau:

Experimenteller Aufbau zur Wasserstoffanalyse