Thomas Schuhrke

Betreuer: PD Dr. J. Zweck

Quantitative Auswertung transmissionselektronenmikroskopischer Aufnahmen von Viellagenschichten

Abgabetag: 14.3.1996

Abstract

Ziel der Arbeit war es, als Alternative zu bekannten Methoden wie der Röntgenbeugung und der Augertiefenprofilanalyse ein elektronenmikroskopisches Verfahren zur Quantifizierung der Lagen- und Grenzflächengüte von Viellagenschichten einzuführen.

Bei den untersuchten Proben handelt es sich um Viellagenschichten aus zwei abwechselnd auf ein einkristallines Siliziumsubstrat gedampften oder gesputterten Materialien. Die nominellen Periodenlängen der amorphen und/oder polykristallinen Schichten betrugen zwischen 3 und 8 nm.

Von diesen Proben wurden Querschnittspräparate hergestellt und im Transmissionselektronenmikroskop untersucht. Dabei wurden Fokusserien mit einer CCD-Kamera aufgezeichnet. Aufgrund der unterschiedlichen elektronenoptischen Brechungsindices entstehen an den Grenzflächen der Materialien defokusabhängige Fresnelsäume, deren Kontrast von der Rauhigkeit und/oder Durchmischung der Lagen abhängt. Durch Vergleich mit Simulationen, die die speziellen Abbildungseigenschaften des Mikroskops berücksichtigen und zur Darstellung des Streupotentials der Probe ein Kontinuumsmodell verwenden, konnten Breiten von Durchmischungszonen mit einer Genauigkeit von einer Atomlage bestimmt werden.

Zur Quantifizierung der Lagengüte, d.h. zur Bestimmung der Periodenlängen, der Welligkeiten etc. zusammen mit ihren statistischen Schwankungen, wurde ein Bildauswerteprogramm erstellt, das auf der Berechnung von Korrelationskoeffizienten zwischen einer idealen und der tatsächlichen Lagenstruktur beruht. Mit diesen Methoden konnten z.B. die bei Röntgenbeugungsmessungen gefundenen differierenden Reflektivitäten zweier Pt/Al2O3-Schichten auf stark unterschiedliche Lagenwelligkeit zurückgeführt sowie ein Nachweis für die thermische Instabilität der Schichten erbracht werden. Die Ergebnisse lorentzmikroskopischer Untersuchungen an Co/Cu-Viellagenschichten ließen sich durch lokale Schwankungen der Periodenlängen erklären.