Raman spectroscopy of laser induced material alterations
Die konfokale Raman-Spektroskopie ist eine leistungsf\xe4hige Methode zur Charakterisierung von Materialeigenschaften. Damit lassen sich mechanische Spannungen in homogenen Proben sowie die Verteilung von Probenbestandteilen optisch bestimmen. Zudem ist es mit der konfokalen Raman-Mikroskopie m\xf6glich Spannungsfelder in Silizium und Siliziumkarbid darzustellen, welche z.B. w\xe4hrend mechanischer Belastung oder beim Herstellungsprozess entstehen. Diese Informationen sind f\xfcr die Optimierung von Fertigungsprozessen und eine verbesserte Ausfallsicherheit von Mikrosystemen von Bedeutung. F\xfcr eine pr\xe4zise Bestimmung von Spannungsfeldern ist eine genaue Untersuchung von thermischen Verschiebungen der Ramanlinien wichtig. Um die Auswirkung auf die Ramanspektren (thermische Linienverschiebung und -verbreiterung) zu ermitteln, wurden Silizium und unterschiedliche Siliziumkarbid Kristallmodifikationen kontrollierten Heizexperimenten unterzogen. Diese Kalibrierungen wurden ben\xf6tigt, um thermische von mechanischen Effekten unterscheiden zu k\xf6nnen, was an einem ausgelenkten Silizium-Cantilever gezeigt wurde. Zus\xe4tzlich zum \xe4u\xdferen Erw\xe4rmen kann es w\xe4hrend der Messung zu einer lokalen Erhitzung der Proben durch den stark fokussierten Laserstrahl kommen. F\xfcr verl\xe4ssliche Spannungsmessungen in mikrostrukturierten Silizium muss eine solche lokale Erw\xe4rmung ber\xfccksichtigt werden. Das Abbilden mittels Raman bietet hier die M\xf6glichkeit Restspannungen sichtbar zu machen, die durch Eindr\xfccke in die Oberfl\xe4che entstanden sind. Ein Vergleich zwischen Abbildungen eines Oberfl\xe4cheneindruckes, welche mit einem Raman und einem optischen Streulicht-Nahfeldmikroskop (s-SNOM) aufgenommen wurden, deckte unterschiedliche Mechanismen bei der Bildentstehung auf. W\xe4hrend die Ramanstreuung \xc4nderungen unterhalb der Oberfl\xe4che darstellen kann, ist die optische Nahfeldmikroskopie f\xfcr oberfl\xe4chennahe Verspannungen empfindlich.\n\nDie Raman-Spektroskopie kann ebenfalls f\xfcr die Bestimmung von Inhaltsstoffen in heterogenen Proben und die Charakterisierung von Materialver\xe4nderungen verwendet werden. Ein intensiver UV-Laser kann zum Beispiel eine Umwandlung von Kalziumfluorid eines Auskoppelspiegels zu Kalziumkarbonat (Kalzit) verursachen, was sich mit der konfokalen Raman Spektoskopie veranschaulichen lie\xdf. Eine Ver\xe4nderung des Probenmaterials kann aber auch durch den Anregungslaser selbst erfolgen. So traten oxidative Prozesse an Titanomagnetiten, eingelagert in geologische Proben auf, die durch den fokussierten Laser bedingte lokale Aufheizung hervorgerufen wurden. Diese laserinduzierte Ver\xe4nderung wurde genauer an geologischen und synthetischen Titanomagnetiten untersucht.