Röntgenstreuung und Röntgen­fluoreszenz für die 3D-Nanometrologie

PTB entwickelt neuen Algorithmus für die Rekonstruktion atomarer Verteilungen in 3D-nanostrukturierten Oberflächen

Simulation der Röntgenfluoreszenz-Emissionen von periodischen Gitterstrukturen mit inhomogener Dotierung. (a) bis (c): Schema der Nanostruktur. Die grünen Boxen markieren den Bereich der dotierten Atome. (a‘) bis (c‘): Die simulierte Röntgenfluoreszenzemission der Dotierung. Bild: © PTB

In der PTB wurden in den letzten Jahren neue Methoden zur elementspezifischen Rekonstruktion von periodisch nanostrukturierten Oberflächen entwickelt. Aktuelle experimentelle Studien haben gezeigt, dass es möglich ist, die räumliche Verteilung verschiedener Atome in den Nanostrukturen durch die Analyse von Röntgenfluoreszenzstrahlung zu rekonstruieren. Diese Techniken könnten somit zu einem leistungsfähigen Werkzeug bei der Entwicklung und Herstellung von Nanostrukturen werden.

Ein neues theoretisches Modell zur Simulation der Röntgenfluoreszenzemission (unter streifendem Strahlungseinfall) von periodischen 3D-Nanostrukturen wurde in einer Kooperation der PTB-Arbeitsgruppen 7.14 (EUV-Nanometrologie), 7.24 (Röntgenspektrometrie) und 8.41 (Modellierung und Simulation) zusammen mit der niederländischen Universität Twente und dem Kurchatov-Institut in Moskau entwickelt. Der neue Algorithmus kann allgemein auf Licht-Materie-Wechselwirkungen von Schichtsystemen und Nanostrukturen angewendet werden. Er ist um mehr als eine Größenordnung schneller als herkömmliche FEM-Lösungen mit ähnlicher Präzision und Genauigkeit. Die Entwicklung des Simulationsalgorithmus ist ein wesentlicher Schritt für die Entwicklung neuer Messtechniken. Darüber hinaus ermöglicht die signifikante Beschleunigung der Simulation die Bestimmung zuverlässiger Unsicherheiten auf der Basis von Monte-Carlo und Bayes'sche Methoden. Dies ist entscheidend für die Entwicklung neuer hybrider Messtechniken, um die bestehenden Messkapazitäten der PTB im Bereich der 3D-Nanometrologie zu ergänzen und zu erweitern.

Publikation:

A semi-analytical approach for the characterization of ordered 3D nanostructures using grazing-incidence X-ray fluorescence, Nikolaev, K. V., Soltwisch, V., Hönicke, P., Scholze, F., de la Rie, J., Yakunin, S. N., Makhotkin, I. A., van de Kruijs, R. W. E. & Bijkerk, F. (2020). J. Synchrotron Rad. 27

Ansprechpartner:

Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Dr. Sebastian Heidenreich
Arbeitsgruppe 8.41: Modellierung und Simulation
Tel.: +49 30 3481-7726
E-Mail: sebastian.heidenreich(at)ptb.de

Victor Soltwisch
Arbeitsgruppe 7.14: EUV-Nanometrologie
Tel.: +49 30 3481-7129
E-Mail: victor.soltwisch(at)ptb.de

Philipp Hönicke
Arbeitsgruppe 7.24: Röntgenspektrometrie
Tel.: +49 30 3481-7174
E-Mail: philipp.hoenicke(at)ptb.de

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