FTIR-Spektroskopie bei tiefen Temperaturen –
Je kälter die Probe, desto genauer die Messung

Je tiefer die Temperatur der Pro­be, desto schärfer die Absorp­tions­ban­den. Diese Faustregel gilt für viele spektroskopische Anwendungen. Unter anderem, da angeregte Zustände weniger oder gar nicht mehr besetzt sind. Durch Messungen bei tiefen Temperaturen lassen sich somit Ergebnisse verbessern und eine höhere Empfindlichkeit erzielen.

Oft bereitet die Integration des Kryostaten in das Spektrometer Kopf­zerbrechen. Bei der richtigen Wahl der Hardware ist dies jedoch erstaunlich einfach. Auch, wenn man ein bereits vorhandenes Spektrometer weiterverwenden möchte. Eine mögliche Anwendung für FTIR-Spektroskopie bei tiefen Tempe­ra­tu­ren ist die Bestimmung der Konzen­tration von Dotiersubstanzen anhand des Absorptionsspektrums. Für sehr genaue Messungen wie sie für schwach dotierte Materialien benö­tigt werden, muss die Probe auf wenige Kelvin abgekühlt werden.

Das CiS-Forschungsinstitut für Mikro­­sensorik und Photovoltaik in Er­furt hat solche Messungen durchgeführt. Gemessen wurde Aluminium-do­­tier­tes, multikristallines Silizium bei 10 K. Durch Korrelation mit Vier­punkt-Widerstandsmessungen konnte die Kalibrierung der FTIR-Ab­sorp­tions­banden auf Aluminium-Kon­zen­tra­tionen > 1015 cm3 erweitert werden. Dies ermöglichte die Messung der Aluminiumkonzentration in kompensiertem (Bor-, Phosphor- und Alu­minium-kodotiertem) Silizium [1].

Für diese Experimente wurde eine Cryostation von Montana Instruments in den Probenraum des vorhande­nen FTIR-Spektrometers Tensor 27 von Bru­­ker eingesetzt. In diesem kompak­ten Kryostaten mit geschlossenem Helium-Kreislauf verfügt die Proben­kammer über mehrere Fenster, so dass sie leicht mit verschiedenen Spektro­metern kombiniert werden kann. Wei­terhin ist der Probenraum leicht zu­gänglich, was eine einfache und schnel­­­le Probenmontage ermöglicht.

[1]    K. Lauer, C. Möller, T. Bartel, and F. Kirscht, “Low-temperature FTIR investigation of aluminum-doped solar-grade silicon,” Energy Procedia, vol. 55, pp. 545–551, 2014.

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