科妮莉亚Streeck,一个托马斯-沃斯b沃尔夫冈·昂格尔b和Burkhard Beckhoff一个
一个PTB-Physikalisch-Technische Bundesanstalt Abbestr。2, 10587年柏林,德国。电子邮件:(电子邮件保护)
bBAM-Bundesanstalt皮毛Materialforschung和-prufung, unt窝Eichen 87年,12205年柏林,德国
的问题在本文中描述的校准证书样本先进的薄膜材料的框架内解决可靠的过程控制和质量管理的目的。参考测量技术可以使用为了满足适当的差距认证参考资料(crm)薄膜分析。他们允许符合资格的退出生产样本来自一个操作生产线校准样品。作为这个过程的模板,香烟(铜(,Ga)2)层,为高效薄膜太阳能电池吸收层,用于建立和验证reference-free x射线荧光光谱仪分析和俄歇电子能谱(AES)作为参考测量技术。半岛综合体育官方APP下载德甲重点是确定的平均摩尔分数香烟层获取结果可追溯到SI单位系统。Reference-free光谱仪在物理上可追踪和基于radiometrically校准仪器和原子基本数据的知识。Sputter-assisted AES可以作为化学建立可追踪的方法仔细校准后使用经过认证的参考材料(CRM)基于总数计数方法。
介绍
为了解决与能源相关的挑战,21岁的存储和传输圣世纪,创新领域的先进薄膜材料需要尽可能直接转移到生产过程,以确保技术发展的快车道。复杂制造薄膜必须准确地对他们的空间和元素组成、界面性质和厚度。这些属性的可靠的分析是很重要的在开发和生产先进的薄膜和主要基于专用校准样品在实验室中使用,在线或在线过程控制。
一般来说,一个适当的校准的先决条件的复杂样本的相似性是空间和元素校准样品样品的结构分析。随着偏差的样本组成或厚度之间,越来越不同派生分析值和真实值之间的诱导由于非线性关联矩阵的影响,例如,(x射线)吸收,二次增强效应通过电子或光子或溅射率的变化特征。可用的有限数量的crm可以用作薄膜分析校准样品在纳米和微米尺度意味着小说的一个重要增长的市场空隙薄膜材料。
在一般情况下,校准样品有一个独立的角色参考位置,测量设备和环境。他们在全球范围内保证测量结果的可靠性和再现性。此外,crm对校准使坚持严格的公差范围来改善生产流程的盈利能力。质量管理体系的一个重要点,满足ISO / IEC 17025的要求是常规试验结果的跟踪和验证。这可以通过使用已知的校准样品,例如crm(化学可追溯性),除了循环赛活动进行验证。第一原理方法提供的另一种途径是直接源自于SI(物理可追溯性)的计量单位。物理和化学的可追溯性是等价的。Reference-free x射线荧光光谱仪和sputter-assisted俄歇电子能谱(AES)为应用程序建立了不同的追溯链。半岛综合体育官方APP下载德甲
先进的薄膜材料的香烟
香烟层可以被认为是一个合适的例子为一个类的薄膜已经在工业生产过程;但是没有合适的有可靠的过程控制和质量管理的目的。香烟是一个缩写的元素出现在层:铜铜、铟,镓Ga和硒Se(或硫(S)。香烟层用作薄膜太阳能电池吸收层,他们的功能是由空间和元素组成。在图1中,一个典型的这种太阳能电池的结构描述。近似2µm厚层可以达到能量转换效率超过20%,在同一联赛multicrystalline Si.1整个香烟层的平均成分和元素深度剖面的香烟吸收层主要因素确定太阳能电池的转换效率。
图1所示。插图的薄膜太阳能电池基于香烟(铜(,Ga)2吸收层。在底物(如玻璃)钼(Mo)层用作接触。p型香烟层形成了pn结与n型缓冲层(CdS)和n型窗口层(氧化锌:Al)。照片现在可以收集一个金属网格(Ni / Al)。
这个示例系统造成的一个挑战是深入的分析问题的决心元素梯度。详细研究这个话题已经被Abou-Ras发表,23证明几种方法揭示可比的结果在其梯度测量的不确定性,而其他方法明显不同,因此留下了“真正”的问题深入梯度有所回答。的平均成分的分析目标CIGS-layer是优先解决。在德国国家计量院的肺结核,BAM,德国联邦材料研究所和测试,reference-free光谱仪分析和sputter-assisted AES被设置为可追踪的测量功能的描述香烟层(见图2)。
图2。该计划显示了一个典型的认证退出生产样品,这里作为一个例子,一个CIGS-layer钼涂层衬底,跟踪样品的校准方法用于在线分析在生产设施。参考测量方法可以要么基于物理或化学链的可跟踪性。
Reference-free x射线荧光分析
传统的光谱仪分析适合薄膜分析。大约25%的全球市场光谱仪体积是薄层和涂料的相关分析。与光谱仪、元素的质量沉积可以无损确定。知道薄膜的密度,可以计算层厚度。雇佣光谱仪设备相当变量对它们的大小,梁几何或自动化。传统量化,用于光谱仪仪器在工业或科学应用现场实验室,他们不得不依靠一个校准的过程,这是最合适的在使用一个专用的校准样品相似层分析。分析结果的可靠性使用注册时可以大大提高薄膜校准样品。Reference-free光谱仪是一种强大的工具等认证校准样品。
的方法reference-free光谱仪使一个先进的量化,而不需要任何校准样品。这种方法在物理上可追溯到SI单位物质的量,摩尔。它使用定义良好的单色辐射,radiometrically校准仪器等原子的基本参数和知识交互截面和荧光yields4(参见图3)。光谱仪测量计数率特征线/入射辐射强度的薄膜样品被翻译成相应元素的大量沉积在衬底上的电影。4
图3。方案reference-free光谱仪。对x射线荧光光谱法、monochromatised同步加速器辐射从软到硬x射线范围可以使用。固态探测器(SDD)通常用于x射线探测器。
典型的光谱仪光谱的CIGS薄膜样品的激发能11 keV和校准能量分散硅漂移探测器(SDD)如图4所示。光谱的反褶积是基于两个探测器响应函数和物理模型的背景如x射线共振喇曼散射或轫致辐射的贡献。
图4。光谱仪对CIGS薄膜样品的光谱测量在肺结核同步加速器辐射设施贝茜II认证的电影组成的积分。Cu-Kα,Ga-Ka In-Lα荧光线强度。
量化是基于最小二乘算法拟合测量并计算荧光强度。平均成分可以使用典型的由标准45°光谱仪几何、入射角和检测。甚至香烟的深入元素梯度层可以通过使用一组浅掠入射角度入射的政权开始大约0.2°45°和拟合的参数一个适当的元素深度剖面。5
俄歇电子能谱学Sputter-assisted深入分析半岛综合体育官方APP下载德甲
AES通常用于化学和表面成分分析技术。由于小非弹性平均自由程的电子束诱导俄歇电子材料,AES深度的信息在几个原子层。分析一些µm的覆盖物厚度,可以结合AES氩离子溅射,使元素深入分析。
BAM,φ700扫描俄歇探针(ULVAC-PHI Inc .)配备一个柱面镜分析器用于薄膜分析。深度分析是由连续3 keV基于“增大化现实”技术+离子溅射。香烟的典型AES测量光谱如图5所示一起深度剖面的元素。激发的香烟表层,主要使用电子束5凯文。
图5。左:AES谱的香烟后表面去除表面氧化物和污染的基于“增大化现实”技术+溅射。元素特征识别的俄歇电子的动能。成分的测定,钻转换铜LMM (922 eV),在内容(405 eV), Ga LMM (1070 eV)和Se LMM (1311 eV)。右:元素深度剖面在香烟膜样品钼衬底。看到文本为进一步的细节。
图5可以表达的强度规模构成数据(。%)校准样品时可用。因为香烟是第四纪晶体材料,大量的基体效应在AES必须预期。因此,这样的参考材料的构成必须非常相似的样本来衡量。使用参考材料认证,其成分是可追踪的SI单位物质的量(摩尔),通过仔细校准,AES可追踪的方法。选项来证明香烟作为参考材料,例如,ID icp(同位素稀释电感耦合等离子体质谱法)或reference-free光谱仪。层,成分均匀分布在深度为参考材料和样品分析,量化是通过个人元素灵敏度的因素。对香烟层与深入的典型变化元素组成,可以通过量化的平均组成一个总数计数方法。这种方法是基于测量的综合强度组成元素的深度剖面类似的CRM和计算各自的敏感性因素。6组成元素的信号强度决定于个人的总和所有测量周期的强度用峰面积或峰高。这种方法依赖于一个CRM和最近被一个实验室内部验证比较国际计由一个国际工作小组组织公约。6
国际CIGS薄膜实验室内部关键比对
两种方法,reference-free光谱仪和sputter-assisted AES总数计数方法,是关键的一部分与参与的客观比较相等测量铜的平均摩尔分数,研究所,Ga和Se大约2µm CIGS薄膜。6主要的重点是sputter-assisted方法。除了AES、x射线光电子能谱(XPS)和二次离子质谱(SIMS)也用于确定的平均半岛综合体育官方APP下载德甲成分CIGS薄膜通过使用总数计数法和校准认证样品。这个样例被ID-ICPMS认证。7尽管AES、XPS和西姆斯并不是自己跟踪测量方法,重点比较表明,经过仔细校准认证的参考材料,达到可追溯性。唯一的方法包括在关键比较不需要参考样品reference-free光谱仪,因为它是一个主要方法与内在的可追溯性。
总结与展望
通过使用reference-free光谱仪,主要方法与国际标准单位摩尔和米,可追溯性的确定分层样品的质量沉积是可能的。测定的方法允许平均摩尔分数和厚度的层。因此,退出生产样品,作为模范地显示在CIGS薄膜层,可以注册为校准样品的过程控制领域光谱仪仪器和AES等其他方法,西姆斯和XPS。这样,这些方法成为可追踪的。这样可追溯性促进了这些方法的价值在测试实验室质量管理体系ISO /冰17025认证下工作。此外,对于选定的样本系统它可以证明,这种光谱仪方法是启用测定元素深入梯度。5然而,更高的测量和数据减排需要达到这一目标。给定的方法来证明一个退出生产样品的追踪到SI并不局限于香烟,但也可以扩展到其他类型的薄膜样品在纳米或微米尺度的系统。参考方法,如reference-free光谱仪校准AES,可以满足不断增长的需求特征明显薄膜样品。
对光谱仪分析,一种广泛使用的技术在实验室从事薄膜分析,标准化在ISO / TC 201 / SC10是持续的。这里的目标是建立一个ISO标准认证的退出生产样品的薄膜分析感知商业光谱仪校准仪器。
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