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Multilevel effective material approximation for modeling ellipsometric measurements on complex porous thin films

  • Catalysts are important components in chemical processes because they lower the activation energy and thus determine the rate, efficiency and selectivity of a chemical reaction. This property plays an important role in many of today’s processes, including the electrochemical splitting of water. Due to the continuous development of catalyst materials, they are becoming more complex, which makes a reliable evaluation of physicochemical properties challenging even for modern analytical measurement techniques and industrial manufacturing. We present a fast, vacuum-free and non-destructive analytical approach using multi-sample spectroscopic ellipsometry to determine relevant material parameters such as film thickness, porosity and composition of mesoporous IrOx–TiOy films. Mesoporous IrOx–TiOy films were deposited on Si wafers by sol–gel synthesis, varying the composition of the mixed oxide films between 0 and 100 wt%Ir. The ellipsometric modeling is based on an anisotropic BruggemanCatalysts are important components in chemical processes because they lower the activation energy and thus determine the rate, efficiency and selectivity of a chemical reaction. This property plays an important role in many of today’s processes, including the electrochemical splitting of water. Due to the continuous development of catalyst materials, they are becoming more complex, which makes a reliable evaluation of physicochemical properties challenging even for modern analytical measurement techniques and industrial manufacturing. We present a fast, vacuum-free and non-destructive analytical approach using multi-sample spectroscopic ellipsometry to determine relevant material parameters such as film thickness, porosity and composition of mesoporous IrOx–TiOy films. Mesoporous IrOx–TiOy films were deposited on Si wafers by sol–gel synthesis, varying the composition of the mixed oxide films between 0 and 100 wt%Ir. The ellipsometric modeling is based on an anisotropic Bruggeman effective medium approximation (a-BEMA) to determine the film thickness and volume fraction of the material and pores. The volume fraction of the material was again modeled using a Bruggeman EMA to determine the chemical composition of the materials. The ellipsometric fitting results were compared with complementary methods, such as scanning electron microscopy (SEM), electron probe microanalysis (EPMA) as well as environmental ellipsometric porosimetry (EEP).zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:René SachseORCiD, Vasile-Dan HodoroabaORCiD, R. KraehnertORCiD, Andreas HertwigORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Advanced optical technologies
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:De Gruyter
Verlagsort:Berlin
Jahrgang/Band:11
Ausgabe/Heft:3-4 (Topical issue: Ellipsometry)
Erste Seite:137
Letzte Seite:147
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Electrochemical catalysts; Mixed metal oxide; Multi-sample analysis; Spectroscopic ellipsometry; Thin mesoporous films
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Energie
Energie / Wasserstoff
Material
Material / Nano
DOI:10.1515/aot-2022-0007
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-551026
ISSN:2192-8584
ISSN:2192-8576
Zugehöriger Identifikator:https://opus4.kobv.de/opus4-bam/frontdoor/index/index/docId/55468
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:23.06.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:04.07.2022
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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