Kontakt
Dr. Fabian Ganss
f.ganss
hzdr.de
Tel.: +49 351 260 2133
Das Röntgenlabor
Das Röntgenlabor am HZDR (Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung) betreibt zwei unterschiedliche Labordiffraktometer.
Diese sind optimiert um ein breites Aufgabenfeld in der Materialforschung abzudecken. Beide Geräte arbeiten mit Cu-Strahlung (Kα: 0,154 nm / 8,04 keV).
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Röntgendiffraktometer D8 mit vertikalem theta-theta-Goniometer und Sekundärmonochromator Bild: Dr. Ganss, Fabian |
Röntgendiffraktometer Empyrean mit vertikalem theta-theta-Goniometer, Röntgenquelle mit Monochromator (links), Flächendetektor (rechts oben) und Proportionalzähler (rechts unten) Bild: Dr. Ganss, Fabian |
Ausrüstung: |
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Θ-Θ Pulver-Diffraktometer |
D8 (Bruker) |
Diffraktion an kristallinen Pulvern oder polykristallinen Materialien |
Bragg-Brentano-Geometrie mit Graphit-Sekundärmonochromator und Szintillator |
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Θ-Θ 4-Kreis-Diffraktometer |
Empyrean (Panalytical) |
Dünnschichtanalytik, Diffraktion, Reflektivität, Orientierungs- und Texturuntersuchungen, reziproke Gitterkarten |
Parallelstrahlgeometrie mit Germanium-Monochromator, Proportionalzähler und Flächendetektor |
Arbeitsschwerpunkte
Die Entwicklung neuer Hochleistungswerkstoffe, neuer Materialien für die Mikro- und Nano-Technologie erfordert eine sich stetig entwickelnde Analytik, insbesondere zur Aufklärung des Zusammenhangs zwischen der atomaren Mikrostruktur und den praxisrelevanten makroskopischen Materialeigenschaften. Ziel ist es, mittels materialwissenschaftlicher Erkenntnisse, ein gezieltes Design von Materialien mit bestimmten Eigenschaften zu erreichen. Strukturuntersuchungen sind dabei der Schlüssel, um eine Verbindung zwischen der Funktion und den strukturellen Eigenschaften, welche diese Funktion generieren, herstellen zu können. Dieses Wissen macht es möglich neuartige Materialien mit genau vorbestimmten Eigenschaften zu entwerfen. Dünne nano-strukturierte Schichten können z. B. Ober- und Grenzflächeneigenschaften derart beeinflussen, dass die Materialeigenschaften von konventionellen Werkstoffen optimal an die jeweilige Aufgabe angepasst werden können. Dabei wird die Funktion von Nanostrukturen nicht nur von deren innerer Struktur sondern zu einem großen Teil durch Ihre Morphologie und Oberfläche bestimmt.
Phasenanalyse und Phasenbildung (Kristallisation)
Die atomare Struktur, besonders die Bildung von (Nano-)Kristalliten, welche bei der Beschichtung, bei der Modifikation mit Ionenstrahlen oder im Zusammenhang mit nachfolgenden Temperschritten ensteht, beeinflusst dabei entscheidend die Materialeigenschaften. Für Materialien bei denen nur eine dünne Oberflächenschicht Strukturänderungen erfährt, wird in der Regel die Methode des streifenden Einfalls eingesetzt. Durch Variation des Einstrahlwinkels kann die Messempfindlichkeit im Bezug auf die Oberflächenschicht stark verbessert werden.
Diese Studien betreffen verschiedene Themengebiete wie Leichtmetallwerkstoffe, Werkstoffe für biomedizinische Anwendungen, metallische Schichten, Halbleiter, Nanocluster, Metall-Keramik-Grenzflächen, transparente Oxide usw. Neben der Phasenbildung kann auch die Entwicklung der Kristallitgröße, die Änderung der Gitterkonstanten sowie deren statistische Verteilungsfunktion in Abhängigkeit von den Behandlungsschritten der Probe studiert werden. Soweit bei Dünnschichtsystemen möglich, werden Textureffekte untersucht. Ziel ist z. B. Orientierungsbeziehungen zwischen Substrat und Schicht nachzuweisen bzw. zu verfolgen.
Röntgenreflektometrie
Mit ihr gewinnt man Daten zu den Schichtdicken, zur Oberflächen- und Grenzflächenrauhigkeit sowie zur Dichte der untersuchten Materialien. Angewendet wird das Verfahren z. B. zum Studium des Effekts des Ionenmischens in Co/Cu-Multischichten, zur Untersuchung der Dichteänderungen in SiC nach Implantation oder zur Beurteilung der Qualität von BN-Schichten aus dem IBAD-Prozeß. Aussagen über die Qualität von Halbleitersubstratoberflächen oder deren Grenzflächen sind ebenfalls möglich.
Hochauflösende Diffraktometrie
Das Dreiachsen-Diffraktometer wird hauptsächlich zum Studium kleinster Gitterverspannungen z. B. nach Ionenimplantation in Si, ZrO, in III-V Halbleiterheterostrukturen und deren Relaxation nach z. B. Temperung eingesetzt.
Pulverdiffraktion
Diese Methode wird als Standardverfahren zur Phasenidentifikation hauptsächlich polykristalliner Materialien verwendet. Die Untersuchung kristalliner und teilkristalliner pulverartiger Materialien geht in vielen Fällen auf Themenfelder des Institutes für Ressourcenökologie (Uranylkomplexe, geologische Proben, …) zurück.
- Tutorial: Beugung im streifenden Einfall und Reflektometrie
