Reflektometrie

Reflektometrie ist eine Messmethode zur Charakterisierung von Grenzflächen und dünnen Schichten durch Untersuchung des Reflektionsverhaltens einer Strahlung, typischerweise Licht, Röntgen- oder Neutronenstrahlung. Ziel ist es, Informationen über Dicke, Dichte bzw. Scattering-Length-Density, Zusammensetzung und Rauheit von Mehrschichtsystemen sowie der Grenzflächenqualität zu gewinnen. Die Methode kann als spekulare oder spektroskopische Messung ausgeführt werden und erfolgt meist in Abhängigkeit vom Einfallswinkel oder von der Wellenlänge der Strahlung.

Prinzipiell wird ein Strahl auf eine Grenzfläche gerichtet und die spekulare Reflektion gemessen. Die reflektierte Intensität R als Funktion des ansatzweisen Impulsübertragungsvektors q z liefert über Fresnel-Gleichungen und Randbedingungen Auskunft über die Schichtstruktur. Typische Merkmale sind der kritische Einfallswinkel bei totaler Reflexion, Kiessig-Fransen aufgrund von Dünnschicht-Interferenzen und die Abtragung durch Oberflächenrauheit. Die Auswertung erfolgt durch Modellierung der Grenzflächen als Schichten mit jeweiligen Scattering-Length-Density-Werten, oft mittels Parratt-Formalismus oder Nevot-Croce-Rauheitseinschränkungen. Die Lösung ist oft parametrisch und erfordert gute Annahmen über das Schichtsystem.

Techniken variieren je nach Strahlung: X-ray Reflectometry (XRR) und Neutronen-Reflektometrie (NR) untersuchen Dünnschichten und Mehrschichtsysteme in der Halbleitertechnik, Speichermaterialien und Biologie; optische Reflektometrie wird in Beschichtungen, Sensorik und Lebenswissenschaften eingesetzt. Instrumente verwenden Goniometer, Monochromatoren und Detektoren; Datenanalyse erfolgt mit spezialisierter Software.

Anwendungen umfassen Dünnfilmcharakterisierung, Grenzflächenqualität, Dicke- und Dichtebestimmung, Rauhigkeitsanalysen sowie Forschungsfelder wie OLEDs, Solarzellen, Katalysatoren und Biomembranen. Grenzen ergeben sich aus Modellabhängigkeiten und Nicht-Eindeutigkeit der Inversion.