Rutherford Back Scattering

Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), deutsch Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie, ist eine Methode zur Untersuchung von oberflächennahen dünnen Schichten mit Hilfe von Ionenstrahlen.

Für eine Messung schießt man hochenergetische Ionen (0,1 bis 4 MeV) niedriger Masse (Wasserstoff oder Helium) auf eine Probe. Ein Detektor misst die Energie der unter einem bestimmten Winkel, zumeist nahe 180 Grad, rückgestreuten Ionen. Deren Energie hängt vom ursprünglichen Energiebetrag und von der Masse der getroffenen Probenatome ab. Da die Wahrscheinlichkeit für eine Rückstreuung (Streuquerschnitt) bekannt ist, ergibt sich somit die Konzentration der Elemente in der Probe, d.h. eine Quantifizierung ist direkt möglich ohne Vergleich mit Proben bekannter Zusammensetzung.

Zusätzlich verlieren die Ionen auf ihrem Weg durch die Probe kontinuierlich Energie. Daher kann die Zusammensetzung auch in die Tiefe hinein verfolgt werden. Abhängig von den Versuchsparametern können Tiefen von einigen hundert Nanometern bis hin zu wenigen Mikrometern untersucht werden.

RBS ist nach Ernest Rutherford benannt, der als erster die im bekannten Goldfolien-Versuch beobachtete Rückstreuung von Alpha-Teilchen erklären konnte und daraus sein Atommodell entwickelte.

Die Zusammensetzung einer binären Legierung A_xB_y kann mit folgender Formel ermittelt werden:

${y \over x} = {{Q_B \sigma_A(E,\theta)} \over {Q_A \sigma_B(E,\theta)}}$

mit Q: eingestrahlter Fluss, σ: differentieller Wirkungsquerschnitt

Siehe auch

• Stopping power
• Oberflächenchemie
• Rutherford-Streuung

Literatur

• Tesmer et al., Handbook of Modern Ion Beam Materials Analysis, Materials Research Society 1995
• Feldman und Mayer, Fundamentals of Surface and Thin Film Analysis, North-Holland 1986