Oberflächenanalyseverfahren

Oberflächenanalyseverfahren sind Messmethoden zur Bestimmung der Eigenschaften der Oberflächen von Festkörpern im Mikro- bis Nanobereich. Sie dienen der Charakterisierung von Geometrie und Topografie, chemischer Zusammensetzung, Struktur, Adsorption, Reinheit und mechanischen Eigenschaften von Grenzflächen. Typische Zielgrößen sind Rauheit, Schichtdicken, chemische Zustände, Kontaminationen, Kristallorientierung und elektronische Eigenschaften.

Zu den bildgebenden Verfahren gehören Rastersondenmikroskopie-Techniken wie die Rasterkraftmikroskopie (AFM) und die Rastertunnelmikroskopie (STM), die Oberflächen-Topografie mit atomarer Auflösung liefern. Elektronenmikroskopie (SEM) ermöglicht Oberflächenabbildungen mit hoher Empfindlichkeit für Morphologie, oft in Kombination mit EDX für Elementanalyse. Sekundärelektronen- bzw. Auger-Spektroskopie (AES) sowie Röntgenspektroskopie (XPS) liefern chemische Zusammensetzung und chemische Zustände; Time-of-Flight-SIMS (ToF-SIMS) liefert molekulare und isotopische Profilinformationen auf Oberflächen und in der Tiefe.

Optische und mechanische Profiliermethoden umfassen Profilometrie (Kontakt- oder optisch), Interferometrie und Ellipsometrie zur Bestimmung von Rauheit, Dicke und optischen Konstanten von dünnen Filmen. Kontaktwinkelmessung sowie andere Oberflächenchemie-Methoden geben Auskunft über Benetzbarkeit und Oberflächenenergie.

Anwendungen finden sich in der Halbleitertechnik, Werkstoffkunde, Katalyse, Beschichtungen und Biomaterialien. Typische Einschränkungen umfassen Kosten, erforderliche Probenvorbereitung, mögliche Probenbeschädigung, Abhängigkeit von Oberflächenzustand und der Notwendigkeit mehrerer gekoppelt eingesetzter Techniken zur umfassenden Charakterisierung.