Ramanstreuung
Die Ramanstreuung ist eine Methode, mit optischen Methoden Molekülschwingungen oder Kristallschwingungen zu untersuchen. Derartige Schwingungen werden in der Probe durch monochromatisches Laserlicht mit der Frequenz n0 angeregt. Die Probe emittiert dann das Streulicht. Das Streulicht enthält neben dem gewöhnlichen Rayleigh-Licht auch Anteile, deren Frequenzen gerade um die Schwingtungsfrequenz nSchwingung verschoben sind. Mithilfe von Beugungsgittern können die unterschiedlichen Anteile des Ramanlichtes coneinander getrennt werden. Typische Frequenzen liegen zwischen einigen 10 Wellenzahlen von Gitterschwingungen und einigen 1000 Wellenzahlen von hochenergetischen Molekülschwingungen.Da das Ramansignal neben der elastischen Rayleigh-Streuung sehr schwach ist, muss ein Ramanspektrometer neben hoher Auflösung insbesondere eine sehr gute Streulicht-Unterdrückung aufweisen. Dazu verwendet man Mehrfach-Monochromatorsysteme.
Unserer Arbeitsgruppe steht für ein Triple-Ramanspektrometer T64000 der Firma Jobin-Yvon zur Verfügung. Der Dreifach-Monochromator kann wahlweise im Subtraktiv- oder Additivmodus betrieben werden. Als Detektoren stehen eine CCD-Kamera und ein Einkanal-Photomultiplier zur Verfügung.
Ein Argonionenlaser Innova C-4 der Firma Coherent ermöglicht die Beleuchtung der Probe entweder mit grünem oder blauem Licht.
Die Proben können bei unterschiedlichen äußeren Randbedingungen untersucht werden.
Gegenwärtig stehen folgende Geräte zur Verfügung:
1. ein Kaltkopf-Kryostat für Temperaturen bis zu 10 K
2. eine heizbare Hochdruckzelle für flüssige Proben (Temperaturen bis 300 °C und hydrostatische Drücke bis 2800 bar)
Ramanmikroskopie
Die Ramanmikroskopie kann ein geeignetes Mittel sein, auf einem Substrat aufgebrachte dünne Schichten zu analysieren. Sowohl der Laserstrahl als auch das Ramansignal werden dabei durch ein konventionelles Mikroskop geführt. Je nach Wahl der Vergrößerung kann die Größe des Fokusvolumens bestimmt werden. Am folgenden Beispiel sieht man, dass die Wahl einer starken Vergrößerung das Substratsignal vollständig unterdrücken kann.
Hier bei handelt es sich um eine wenige 10 Å dicke Siliziumschicht, die auf einen Quarz-Einkristall aufgedampft wurde. Die blaue Kurve ist das Ramansignal, das durch die 10x Vergrößerung aufgenommen wurde. Die Quarzlinien überdecken drastisch die eigentlichen Siliziumsignale. Das ist vor allem auch deswegen problematisch, weil sich die Kristalllinien in einem ähnlichen Energiebereich befinden. Ein Objektivwechsel auf 100x bringt sofort das gewünschte Ergebnis: das Quarzsubstrat ist vollständig ausgeblendet, und die rote Linie zeigt nur noch das Signal der Siliziumschicht. Es spiegelt die Amorphizität der aufgedampften Schicht wider. Das Ramansignal dieser Schicht wird durch die Phononenzustandsdichte generiert.
| Technische Daten | T64000 der Firma Jobin-Yvon |
| Quelle | Ar-Ionenlaser |
| Wellenlänge [nm] | 488.0; 514.5 |
| Probenort | Makrostage: 90°/180° Streugeometrie Mikrostage: Objektive: |
| Monochromator | Drei holographische Gitter (1800 Linien/mm) Additiv- oder Subtraktivmodus |
| Brennweite | 640 mm |
| Detektor | CCD-Kamera (gekühlt) x pixel
Photomultiplier |
| Wellenzahlbereich | 1 … 4000 cm-1 |
| Auflösung | |
| Probenumgebung | Makrostage:
• Kryostat (10 K … 600 K) mit uniaxialer Druckzelle (bis 20 MPa) • Hochdruckzelle für Flüssigkeiten (280 MPa, 600 K) Mikrostage: • LinCam-Heiztisch (100 K … 600 K) im Steuerprogramm integriert |
