GIXA Spektrometer für GI und XRR

Um eine Streuung der primären Röntgenstrahlen in Luft zu vermeiden und die Absorption von niederenergetischen Fluoreszenz-Röntgenstrahlen (z. B. Si, da Si 1,7 keV-Strahlung emittiert und Si zur Normierung für die Quantifizierung und Dosisbestimmung verwendet wird) auf ihrem Weg zu minimieren Detektor wird der gesamte Aufbau in einer Vakuumkammer mit einer Gesamtgröße von 300 x 300 x 340 mm3 platziert. Die Primärquelle ist eine 3-kW-Moanoden-Röntgenröhre mit einem Brennfleck von 0,04 x 12 mm2 (lange Feinfokussierröhre). Um einen geringen Strahlungshintergrund in den Fluoreszenzspektren zusammen mit einem geeigneten Photonenfluss für die Dünnschichtanalyse zu erreichen, wird der primäre Röntgenstrahl mittels eines Mehrschichtmonochromators auf 17,44 keV (Mo-Ka) monochromatisiert. Um unerwünschte Effekte durch total reflektierte Röntgenstrahlen an der Multilayer-Oberfläche zu vermeiden, wird zwischen Multilayer und Probe eine 50-µm-Blende platziert. Der richtige Bragg-Winkel zwischen der einfallenden Strahlung und der mehrschichtigen Oberfläche wird eingestellt, indem die Röntgenröhre mithilfe eines Schrittmotors positioniert wird, der eine lineare Verschiebung der Röhre gegenüber einem festen Spalt ermöglicht. Die Strahlintensität nach dem Multilayer wird durch eine Ionisationskammer überwacht. Zur Verarbeitung höherer Zählraten ein Siliziumdriftdetektor (SDD, Vortex, Fa. Radiant) mit einer aktiven Fläche von 50 mm2. Der Detektor bietet eine Energieauflösung von 140 eV mit 12 µs Formungszeit bei 5,9 keV (Mn-Ka) und einer maximal verarbeitbaren Zählrate von 100 kcps. Um alle für die Ausrichtung und Messung der Probe erforderlichen Bewegungen auszuführen, besteht der Probentisch aus 3 Lineartischen mit einem Verfahrbereich von jeweils 25 mm und einem Rotationstisch, der es ermöglicht, Winkelscans im Bereich von ±0,28 rad mit einem minimalen Inkrement durchzuführen von 1,35 µrad. Der Tisch kann um die Strahlachse geneigt werden, um die Probe parallel zum Strahl auszurichten. Eine Skizze des Prototyp-Spektrometers ist in Abbildung 1 dargestellt.

Design der neuesten Version des GIXRF-Spektrometers.

© Atominstitut

Design der neuesten Version des GIXRF-Spektrometers.

Parameter

  • Röntgenquelle: 3 kW Mo-Röhre LFF, betrieben bei 50 kV/40 mA und 50 kV/55 mA
  • Monochromator: Multilayer von einem kommerziellen TXRF-Waferanalysator (Atomika 8010W)
  • Detektor: Vortex 50 mm2 SDD mit mitgelieferter Elektronik
  • Mess-(Lebens-)Zeit: variabel (20 – 120 Sekunden pro Punkt)
  • Winkelauflösung der einzelnen Scans: variabel (23 - 115µrad)
  • Messungen wurden an Luft und im Vakuum (typisch <1 mbar) durchgeführt