Fraunhofer-Gesellschaft

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EPMA-Analyse dünner PVD- und CVD-Schichten

Grundlagen und Beispiele aus der industriellen Praxis
EPMA analysis of thin PVD and CVD layers
 
: Schiffmann, K.I.; Steinberg, C.

:

Vakuum in Forschung und Praxis 31 (2019), Nr.3, S.26-36
ISSN: 0947-076X
ISSN: 1522-2454
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IST ()

Abstract
Die Elektronenstrahl‐Mikroanalyse (EPMA = Electron Probe Micro Analysis) ist eine röntgenspektroskopische Methode zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung fester Stoffe im oberflächennahen Bereich. Sie besitzt eine hohe Nachweisempfindlichkeit, eine hohe Ortsauflösung, eine einstellbare Analysentiefe und ist einfach und genau in der Quantifizierung. Weniger bekannt ist, dass die EPMA auch in der Lage ist, zerstörungsfrei und mit nur einer einzigen Messung, die chemische Zusammensetzung und die Schichtdicken dünner mehrlagiger Schichtsysteme zu analysieren. Insbesondere ist es möglich z.B. die Zusammensetzung und Dicke einer Schicht zu bestimmen, die unter einer oder mehreren anderen Schichten begraben ist. Umgekehrt kann bei bekannter Schichtdicke auch die Dichte dünner Schichten bestimmt werden, eine Größe, die bei dünnen Schichten im Allgemeinen nur schwer zugänglich ist. Der folgende Artikel beschreibt die physikalischen Grundlagen der EPMA‐Analyse und stellt sie der ebenfalls häufig verwendeten energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) und der Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) gegenüber. Es wird das Prinzip der sogenannten Dünnfilmanalyse für Mehrschichtsysteme erläutert, und die Möglichkeiten und Grenzen dieses Verfahrens werden an einer Reihe industrieller Anwendungsbeispiele dargestellt.

 

Electron Probe Micro Analysis (EPMA) is an X‐ray spectroscopic method for determining the chemical composition of solid substances in the near‐surface region. It has a high detection sensitivity, a high spatial resolution, an adjustable depth of analysis and is easy and accurate to quantify. Less well known is the fact that the EPMA is also able to analyze the chemical composition and layer thicknesses of thin multi‐layer systems non‐destructively and with only one single measurement. In particular, it is possible to determine, for example, the composition and thickness of a layer buried under one or more other layers. Conversely, with a known film thickness, the density of thin layers can be determined, a quantity that is generally difficult to access with thin layers. The following article describes the physical basics of EPMA analysis and compares them with energy dispersive X‐ray spectroscopy (EDX) and X‐ray fluorescence analysis (XRF), which are also widely used. The principle of so‐called thin film analysis for multilayer systems is explained, and the possibilities and limitations of this method are illustrated by a number of industrial application examples.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-549680.html