Bestimmung von Oxidschichtdicken mittels XPS


Die Bestimmung von Oxidschichtdicken ist in vielen Bereichen relevant. Oxide auf Oberflächen nehmen zum Beispiel Einfluss auf den Widerstand elektrischer Kontakte, beeinflussen die Haftung von Klebstoffen oder die Adhäsion in Verbundsystemen.

Zur Messung von Oxidschichtdicken könnten neben der Photoelektronenspektroskopie (XPS) auch die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) oder die Ellipsometrie eingesetzt werden.

Während der präparative Aufwand für eine TEM-Analyse recht hoch ist und die Ellipsometrie bei sehr dünnen Oxidschichtdicken oder Oberflächenkontaminationen unzuverlässig werden kann, spielt die ESCA/XPS-Analyse genau dort ihr Stärken aus.

ESCA/XPS benötigt vergleichsweise wenig Probenpräparation, hat ohnehin eine Informationstiefe im interessanten Bereich einiger weniger Nanometer und liefert zusätzlich Informationen über eine eventuell vorhandene Oberflächenkontamination.

 

Das Messprinzip

Ein XPS-Spektrum liefert für das eigentliche Metall und dessen Oxid zwei separate Signale. Aus dem Verhältnis der beider zueinander kann die Dicke der Oxidschicht bestimmt werden.

Beispiel: Oxidschichtdicke von Aluminium

Das Al2p-Signal einer Aluminiumoberfläche besteht meist aus zwei Komponenten, einer Komponente mit geringer Bindungsenergie bei ~ 73 eV, welche durch das metallische Substrat bestimmt wird, und einer Komponente bei ~ 75 eV, welche durch die Oxidschicht hervorgerufen wird. Die Abbildung zeigt zwei typische Spektren.

Im hier abgebildeten Fall sind die Oxidschichtdicken 5,8 nm (rot) bzw 4,7 nm (grün). Dieses Ergebnis macht zwei Punkte deutlich:

  • Mit XPS lassen sich dünne Oxidschichten nachweisen und deren Dicke vermessen
  • Auch geringe Unterschiede in der Schichtdicke lassen sich recht gut nachweisen.

Für Oxidschichtdicken über ca. 10 nm kann ggf. ein XPS-Sputtertiefenprofil erstellt werden.

 

Abb.2: Al2p-Signal einer Aluminiumoberfläche

Haben Sie noch Fragen ?

Kontaktieren Sie unverbindlich einen unserer Experten.

T +49 251 53406 300