Raman-Spektroskopie
Einleitung
Bei der Raman-Spektroskopie werden mit Hilfe eines Lasers im Festkörper Wechselwirkungen mit dem Kristallgitter erzeugt und die Photonen des Lasers gestreut. Die Streuungen können elastisch und inelastisch erfolgen. Als elastische Streueffekte sind beispielhaft die Rayleigh- und Miestreuung zu nennen. Die Raman-Streuung ist ein inelastischer Streueffekt. Bei einem inelastischen Streueffekt werden die einfallenden Photonen des Lasersignals energetisch durch die optischen Gitterschwingungen (Phononen) beeinflusst. Neben den optischen Phononen gibt es zusätzlich akustische Phononen, die durch die Brillouin-Streuung beschrieben werden.
Die Raman-Spektroskopie ermöglicht durch Messung der charakteristischen Energieänderung der gestreuten Photonen die Identifikation von bindungsspezifischen Schwingungen. So kann man z.B. die Kristallinität von abgeschiedenen / rekristallisierten Schichten einfach ermitteln.
Der Raman-Effekt tritt auf, wenn das auf die Probe einfallende, monochromatische Licht Moleküle anregt, welche dann zur inelastischen Streuung des Lichts beitragen. Während das meiste Streulicht dieselbe Wellenlänge aufweist, wie die des einfallenden Lichtes (elastische Streuung, Rayleigh-Streulicht) wird dann ein kleiner Teil des Streulichts mit einer verschobenen Wellenlänge gestreut (inelastische Streuung, Raman-Streulicht). Die Energiedifferenz zwischen dem einfallendem Licht und dem Raman-Streulicht entspricht dann der Energie der Änderung der Schwingungs- bzw. Rotations-Zustände der Probenmoleküle. Diese Energiedifferenz wird als "Raman-Shift" bezeichnet. Raman-Übergänge sind nur zwischen polarisierbaren Moden möglich.
In der Abbildung ist das typische Spektrum von CuInS2 aus dem schnellen thermischen Prozess gezeigt. Das Spektrum ist von dem A1-Mode dominiert. Diese wird durch die reine Anionenschwingung erzeugt. Eine geringe Halbwertsbreite dieser Mode ist ein typisches Merkmal für eine hochwertige Absorberschicht.
Messaufbau
Wir haben ein konvokales Raman-Spektrometer (Dilor) mit einem holographischen Notch-Filter, zwei Inteferenz-Gittern und einem Mikroskop (Olympus BX40, max. 1 μm räumliche Auflösung). Das Spektrometer ist mit zwei Lichtquellen ausgerüstet: Ein Helium-Neon-Laser (Wellenlänge 633 nm, 7 mW) und ein Argon-Ionen-Laser (Wellenlänge 457 nm, max. 20 mW), welche eine spektrale Auflösung von 1 cm-1 bzw. 3 cm-1 ermöglichen. Der Raman-Shift kann im Wellenlängenbereich von 150 cm-1 bis etwa 4500 cm-1 gemessen werden.
Nähere Informationen finden Sie auf den Seiten des Instituts für Silizium-Photovoltaik.
