Aeris hat sich weiterentwickelt. Benchtop-Röntgenreflektometrie war noch nie so einfach.

Wir haben kürzlich die Möglichkeiten der Röntgenreflektometrie (XRR) auf unserem aktualisierten Aeris-Instrument eingeführt. In Kombination mit dem Probenwechsler von Aeris ermöglicht diese Weiterentwicklung einfache Reflektometriemessungen – ganz ohne dedizierte Plattform oder komplexe Ausrichtung.

Im Einführungswebinar demonstrierten unsere Experten Dr. Martin Schreyer und Dr. Gwilherm Nénert, wie Aeris XRR ohne komplexe Neukonfiguration durchführt. Diese Zugänglichkeit eröffnet die Dünnschicht- und Oberflächenanalyse für Labore in zahlreichen Branchen – von Beschichtungen über Batterien und Halbleiter bis hin zu vielem mehr.

Hier erfahren Sie, was Sie wissen müssen.

Wichtige Erkenntnisse

1. XRD sagt Ihnen, was das Material ist; XRR sagt Ihnen etwas über seine Oberfläche. XRD identifiziert Kristallstruktur und Phase, während XRR Oberflächeneigenschaften wie Schichtdicke, Dichte und Rauheit misst.
2. Mit Aeris können Sie XRR und XRD auf einer Plattform durchführen und mit minimalem Anpassungsaufwand zwischen den Techniken wechseln.
3. Herkömmliche XRR erfordert eine sorgfältige Probenausrichtung, was die Messzeit verlängern und zu bedienerabhängigen Abweichungen führen kann. Mit Aeris einfach einlegen und messen – keine dedizierte Plattform oder spezielle Optik erforderlich.
4. Aeris erfasst bei jedem Winkel ein vollständiges 2D-Bild statt eines einzelnen Datenpunkts und liefert Ihnen so die Reflektivitätskurve plus zusätzliche strukturelle Informationen in orthogonaler Richtung, mit Kontrolle darüber, wie viel davon Sie integrieren.

Bei der Dünnschichtanalyse ist Präzision nicht verhandelbar

Der Hauptanwendungsfall von XRR ist die Charakterisierung von Dünnschichten. In vielen Anwendungen können wenige Nanometer den Unterschied zwischen Spitzenleistung und Produktversagen ausmachen.

Ein Beispiel ist die Halbleiterfertigung. Gate-Oxide – die isolierenden Schichten, die das Steuergate eines Transistors vom darunterliegenden Halbleiterkanal trennen – sind in der Regel nur wenige Nanometer dick, und die Kontrolle dieser Dicke ist entscheidend. Zu dünn, und Strom leckt hindurch und das Bauteil überhitzt. Zu dick, und das Schalten verlangsamt sich, was die Leistung beeinträchtigt. Diese Schichten zerstörungsfrei mit Nanometerpräzision zu verifizieren, genau dafür ist XRR entwickelt worden.

Eine Studie aus dem Jahr 2025 zu modernen Gate-Dielektrika verdeutlicht die Bedeutung: Forschende nutzten XRR, um dotierte und undotierte HfO₂-Schichten zu vergleichen, und stellten fest, dass selbst subtile Unterschiede in der Dichte der Grenzflächenschicht und in der Oberflächenrauheit mit messbaren Veränderungen der elektrischen Leistung korrespondierten.

Funktionale Beschichtungen sind ein weiteres Beispiel. Dabei handelt es sich um Schutz-, optische und magnetische Schichten, die in der Energiespeicherung, Elektronik und Fertigung eingesetzt werden. Ob eine Beschichtung funktioniert, hängt davon ab, wie dick sie ist, wie glatt sie ist und ob sie sauber ohne Defekte an der Grenzfläche entstanden ist. XRR macht all dies sichtbar, ohne die Probe anzuschneiden oder zu beschädigen.

Diese Bedeutung erstreckt sich auch auf verborgene Grenzflächen, die selbst ein Rasterkraftmikroskop nicht erreicht. In einer Studie aus dem Jahr 2023 zu einem neuartigen magnetischen Dünnfilm bei Raumtemperatur fanden Forschende heraus, dass die mit XRR gemessene Oberflächenrauheit höher ausfiel als der mit Rasterkraftmikroskopie (AFM) ermittelte Wert. Die Autoren führten diesen Unterschied teilweise darauf zurück, dass XRR die Rauheit an der verborgenen Film-Substrat-Grenzfläche erfassen kann, unterhalb der Oberfläche, die AFM erfassen konnte.

Aeris macht aus einer Spezialtechnik eine Standardmethode für XRR

XRR galt traditionell als komplexe Spezialtechnik. Herkömmliche Aufbauten erforderten eine sorgfältige Probenausrichtung, die seit Langem als häufigste Ursache für Messfehler gilt; veröffentlichte Forschung weist darauf hin, dass die Ausrichtung an kommerziellen Reflektometern schwer zu kontrollieren ist und stark von der Geschicklichkeit des Bedieners abhängt.

Herkömmliche XRR-Aufbauten erforderten außerdem in der Regel spezielle Standgeräte und spezielle Optiken, wodurch die Technik für viele Labore, die routinemäßige Analysen durchführen, unerreichbar war. Die fortschrittliche Software und das ausrichtungsfreie Design von Aeris haben das geändert und XRR auf eine kompakte, zugängliche Benchtop-Plattform gebracht.

Wie Aeris XRR zum Routineverfahren macht

Der Schlüssel liegt in der Kombination aus framebasierter 1D-Messung mit fortschrittlicher 2D-Detektortechnologie. Anstelle eines Punktdetektors erfasst Aeris bei jedem Winkel ein 2D-Bild und lässt Sie wählen, wie viel davon integriert werden soll. Dieses Bild enthält die benötigte Reflektivitätskurve sowie zusätzliche Informationen in orthogonaler Richtung, die bei der Datenverarbeitung ausgewertet werden können. Außerdem können dank des vollständigen Bildes gute XRR-Daten selbst bei kleinen Probenversatzfehlern gewonnen werden, wodurch die Notwendigkeit einer sorgfältigen Ausrichtung entfällt.

Das Ergebnis ist eine unkomplizierte, ausrichtungsfreie XRR – einfach einlegen und messen, ohne dedizierte Plattform oder spezielle Optik.

Kombinierte XRR- und XRD-Analyse; kein komplexes Umschalten

Auf der Aeris-Plattform sind XRR und XRD in einem kompakten, vielseitigen Instrument nebeneinander integriert und bringen Routinebeugung und Dünnschichtanalyse auf dieselbe Arbeitsfläche. Der Wechsel zwischen den beiden Techniken erfordert kaum mehr als einen Spaltwechsel: Messen Sie einfach zuerst eine Pulver-XRD-Probe und direkt danach eine XRR-Probe, und das Gerät fordert Sie auf, falls ein Teil gewechselt werden muss, bevor Sie fortfahren können. Keine zusätzliche Komplexität; minimale Fehleranfälligkeit.

Um das volle Potenzial des Aeris kennenzulernen, sehen Sie sich das Einführungswebinar mit Dr. Martin Schreyer und Dr. Gwilherm Nénert an.

Wenn Sie sehen möchten, was Aeris für Ihr Labor tun kann, kontaktieren Sie unser Team.