Et skarpere kig på det indre af halvledere

Billeder giver information - hvad vi kan observere med vores egne øjne gør os i stand til at forstå. Konstant udvidelse af opfattelsesområdet til dimensioner, der oprindeligt er skjult for det blotte øje, driver videnskaben fremad. I dag, stadig mere kraftfulde mikroskoper lader os se ind i celler og væv i levende organismer, ind i mikroorganismernes verden såvel som i livløs natur.

Men selv de bedste mikroskoper har deres grænser. "For at kunne observere strukturer og processer ned til nanoskala -niveau og derunder, vi har brug for nye metoder og teknologier, "siger Dr. Silvio Fuchs fra Institute of Optics and Quantum Electronics ved University of Jena. Dette gælder især teknologiske områder såsom materialeforskning eller databehandling." I disse dage har elektroniske komponenter, computerchips eller kredsløb bliver stadig mindre, "tilføjer Fuchs. Sammen med kolleger, han har nu udviklet en metode, der gør det muligt at vise og studere så små, komplekse strukturer og endda "se indeni" dem uden at ødelægge dem. I det aktuelle nummer af det videnskabelige tidsskrift Optica , forskerne præsenterer deres metode - Coherence Tomography with Extreme Ultraviolet Light (XCT for short) - og viser dets potentiale inden for forskning og anvendelse.

Lys trænger ind i prøven og reflekteres af indre strukturer

Billeddannelsesproceduren er baseret på optisk kohærens tomografi (OLT), som har været etableret inden for oftalmologi i en årrække, forklarer doktorand Felix Wiesner, undersøgelsens hovedforfatter. "Disse enheder er udviklet til at undersøge øjets nethinde ikke-invasivt, lag for lag, at skabe tredimensionelle billeder. "Hos øjenlægen, OCT bruger infrarødt lys til at belyse nethinden. Strålingen vælges på en sådan måde, at det væv, der skal undersøges, ikke absorberer det for stærkt, og det kan reflekteres af de indre strukturer. Imidlertid, fysikerne i Jena bruger ekstremt kortbølget UV-lys i stedet for langbølget infrarødt lys til deres OLT. "Dette skyldes størrelsen på de strukturer, vi ønsker at forestille os, "siger Felix Wiesner. For at undersøge halvledermaterialer med strukturstørrelser på kun få nanometer, lys med en bølgelængde på kun få nanometer er nødvendig.

Ikke-lineær optisk effekt genererer sammenhængende ekstremt kortbølget UV-lys

Generering af så ekstremt kortbølget UV-lys (XUV) var tidligere en udfordring og var næsten kun mulig i store forskningsfaciliteter. Jena fysikere, imidlertid, generere bredbånds -XUV i et almindeligt laboratorium og bruge det, der kaldes høje harmoniske til dette formål. Dette er stråling, der frembringes ved interaktion mellem laserlys og et medium, og den har en frekvens, der er mange gange større end det originale lys. Jo højere den harmoniske rækkefølge, jo kortere den resulterende bølgelængde. "På denne måde, vi genererer lys med en bølgelængde på mellem 10 og 80 nanometer ved hjælp af infrarøde lasere, "forklarer prof. Gerhard Paulus, Professor i ikke -lineær optik ved University of Jena. "Ligesom det bestrålede laserlys, det resulterende bredbånds XUV -lys er også sammenhængende, hvilket betyder, at det har laserlignende egenskaber. "

I arbejdet beskrevet i deres nuværende papir, fysikerne udsatte nanoskopiske lagstrukturer i silicium for den sammenhængende XUV -stråling og analyserede det reflekterede lys. Siliciumprøverne indeholdt tynde lag af andre metaller, såsom titanium eller sølv, i forskellige dybder. Fordi disse materialer har forskellige reflekterende egenskaber end silicium, de kan detekteres i den reflekterede stråling. Metoden er så præcis, at den dybe struktur af de små prøver ikke kun kan vises med nanometer nøjagtighed, men - på grund af den forskellige reflekterende adfærd - kan den kemiske sammensætning af prøverne også bestemmes præcist og, først og fremmest, på en ikke-destruktiv måde. "Dette gør sammenhængstomografi til en interessant applikation til inspektion af halvledere, solceller eller flerlags optiske komponenter, "siger Paulus. Det kunne bruges til kvalitetskontrol i fremstillingsprocessen af ​​sådanne nanomaterialer, at opdage indre defekter eller kemiske urenheder.