Diffraktometrie unter streifendem Einfall

Geometrie: Der Winkel α ist nahe dem kritischen Winkel

Diffraktometrie unter streifendem Einfall (grazing incidence diffraction, GID) ist ein Verfahren zur Untersuchung der Kristallstruktur dünner Schichten.

Dazu wird eine Probe unter kleinen Winkeln mit

• Röntgenstrahlung (englisch grazing incidence X-ray diffraction, GIXD) oder
• Neutronenstrahlung (englisch grazing incidence neutron diffraction, GIND)

beleuchtet und die gebeugte Strahlung analysiert. Diffraktometrie unter streifendem Einfall zeichnet sich durch einen besonders flachen Einfallswinkel der Strahlung auf die Probe aus (α < 3°; gesehen nicht von der Normalen zur Probenoberfläche, sondern von der Oberfläche selbst).

Beschreibung

Festkörper haben bei sehr kleine Wellenlängen in der Regel einen Brechungsindex kleiner als Luft. Daher kann bei kleinen Einfallswinkeln der kritische Winkel unterschritten und die Strahlung an der Probe total reflektiert werden. In der Probe tritt dann nur noch eine mit der Eindringtiefe exponentiell gedämpfte evanszente Welle auf. Die Strahlung wird also nur an Kristallstrukturen sehr nahe der Probenoberfläche gebeugt.

So lässt sich die Beugung der Strahlung an Kristallstrukturen, etwa in Dünnschichten, mit minimaler Überlagerung von Strahlung untersuchen, die am Substrat gebeugt wurde. Dagegen dringt beim herkömmlichen Theta/2-Theta-Verfahren mit großen Einfallswinkeln (Diffraktometrie) die einfallende Strahlung in die Probe ein, und es tritt keine erhöhte Sensitivität für die Probenoberfläche auf.

Für noch kleinere Einfallswinkel (0–0,6 Grad) lässt sich sogar die Oberfläche der Dünnschicht untersuchen, etwa in dem verwandten Verfahren der Kleinwinkelbeugung unter streifendem Einfall (GISAS).

Literatur

• Mario Birkholz, Paul F. Fewster, Christoph Genzel: Thin film analysis by X-ray scattering. Wiley-VCH, 2006, ISBN 3-527-31052-5, S. 148 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 

Weblinks

• Grazing Incidence Angle Thin Film Analysis (engl.)