Kalibrierung der Gitterkonstante ein- und zweidimensionaler Gitter mit optischer Beugung

Gitterstrukturen im Mikrometer- und Submikrometerbereich sind hervorragend geeignete „Maßstäbe“ zur Kalibrierung von Messeinrichtungen für die quantitative Mikroskopie. Ein- oder zweidimensionale Gitterstrukturen können mit hoher Präzision z.B. aus Silizium hergestellt werden. In der PTB wurde ein Messplatz realisiert, mit dem die Gitterkonstante mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden kann, wobei man die Beugung von Laserstrahlung an den Gitterstrukturen nutzt. Dazu wird die bekannte Littrow-Geometrie verwendet, bei der der einlaufende und der gebeugter Laserstrahl kollinear sind. Die Probe wird so gedreht, dass nacheinander alle gebeugten Laserstrahlen ausgewertet werden. Gemessen werden die Drehwinkel, die zu den verschiedenen Beugungsordnungen gehören. Bei zweidimensionalen Gittern kann auch der Winkel zwischen den beiden Gitterrichtungen gemessen werden. Als Lichtquellen stehen ein Helium-Neon-Laser, ein Ar-Ionen-Laser sowie ein UV-Laser mit 266 nm Wellenlänge zur Verfügung. Der Bereich der mit dieser Apparatur gut messbaren Gitterkonstanten liegt zwischen ca. 300 nm und 3 µm. Die Messunsicherheit kann, je nach Qualität der Probe, kleiner als 20 pm sein.