Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Analysemethode verbetert röntgenspiegel

1 maart 2005

NWO-promovendus Marc Kessels ontwikkelde een analysemethode voor de grensvlakken tussen twee materialen in een röntgenspiegel. Tot nu toe bestond er geen methode waarmee onderzoekers deze grensvlakken goed konden bestuderen. Kessels promoveert op 10 maart aan de Universiteit Twente.

Marc Kessels ontwierp tijdens zijn promotie een nieuwe analysetechniek voor röntgenspiegels. Deze spiegels bestaan uit lagen wolfraam en silicium. Met de nieuwe methode kan een elektronenmicroscoop-opname van de dwarsdoorsnede van de spiegel omgezet worden in een profiel van de dichtheid. Kessels kon zo de diepteafhankelijkheid van de dichtheid, de laagdiktes en de ruwheid van de grensvlakken in de spiegel bepalen.

Röntgenspiegels zijn kunstmatige kristallen die röntgenstraling weerkaatsen. Gewone kristallen kunnen deze straling niet reflecteren omdat de golflengte van zachte röntgenstraling te lang is. De golflengte van zachte röntgenstraling ligt tussen de 0,1 en 10 nanometer. Om straling met zo'n kleine golflengte te reflecteren moeten de afstanden tussen de vlakken in een kristal groter zijn (~3 nm) dan in de beschikbare, natuurlijke, kristallen (~0.3 nm).

Röntgenspiegels bestaande uit gestapelde lagen van twee materialen. Zo zijn de vereiste afstanden tussen de vlakken wel haalbaar. De kristallen van wolfraam en silicium die Marc Kessels gebruikte zijn een voorbeeld van deze kunstmatige kristallen.

Hogere reflectiviteit
De scherpte van de grensvlakken tussen de lagen wolfraam en silicium bepaalt hoe goed het kristal de röntgenstraling reflecteert. Door een ionenbehandeling worden de grensvlakken aan de bovenkant van de behandelde laag in de spiegel scherper. Dankzij de nieuwe techniek kon Kessels het effect van verschillende ionenbehandelingen van aangroeiende lagen goed bestuderen.

De onderzoeker ontdekte dat het positieve effect van de scherpere grensvlakken door ionenbehandeling gedeeltelijk weer teniet werd gedaan doordat de ionen door hun hoge energie ook de onderkant van de behandelde laag bereiken. Daar vernielen ze het grensvlak met de onderliggende laag. Kessels bepaalde een optimale ionenenergie, waarbij het grensvlak zo scherp mogelijk was, zonder al te veel beschadigingen aan de onderkant.

De promovendus van het FOM-instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, die ook werkte aan het FOM-instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF), ontdekte ook dat het aanbrengen van een laag waterstofatomen op de siliciumlaag de reflectie verder verbeterde. Deze toevoeging van waterstof verbeterde de reflectiviteit met 18 procent ten opzichte van de standaard silicium-wolfraam-spiegel.

Het onderzoek werd uitgevoerd in het kader van het programma 'Laboratorium zonder Muren' met co-financiering van de Stichting FOM en Philips Research.

..............................

Meer informatie:

* ir. Marc Kessels (UT, Technische Natuurwetenschappen)
* t: +31 (0)6 40 18 06 44, mkessels@zonnet.nl
* promotie 10 maart, promotoren prof. dr. K.J. Boller, prof. dr. A.W. Kleyn en assistent-promotor dr. F. Bijkerk