Verwendung von Schwingquarzen zur Wägung dünner Schichten und zur Mikrowägung

Zusammenfassung

Wird eine Fremdschicht auf eine zu Dickenscherungsschwingungen angeregte Schwingquarzplatte aufgebracht, so ändert sich die Eigenfrequenz der Platte infolge Vergrößerung der schwingenden Masse. Da die Frequenzänderung eines Schwingquarzes sehr genau vermessen werden kann, ergibt sich daraus eine sehr empfindliche Methode zur Wägung dünner Schichten.

Massenbelegung der Fremdschicht und Frequenzänderung sind einander proportional. Die Proportionalitätskonstante läßt sich aus der Eigenfrequenz des Schwingquarzes berechnen, so daß eine empirische Eichung bei der Schichtwägung mit Schwingquarzen entfällt.

Die Genauigkeit des Schichtwägeverfahrens ist in erster Linie durch die Temperaturabhängigkeit der Quarzeigenfrequenz begrenzt und beträgt bei 1° C zugelassener Temperaturschwankung etwa ±4 · 10⁻⁹ g · cm⁻². Das entspricht einer mittleren Dicke von 0,4 Å bei der Dichte ϱ=1 g · cm⁻³.

Das Verfahren wurde auch zur direkten Wägung einer Masse ausgenutzt (Mikrowägung). Dabei ließ sich eine Genauigkeit von 10⁻¹⁰g erreichen.