Spin-echo resolved neutron scattering from self-organised polymer interfaces

Abstract

This thesis focused on two main objectives: First, the clarification of the prospects of the spin-echo resolved grazing incidence neutron scattering method (SERGIS) for the investigation of buried interfaces. And second, the investigation of the self-organisation (i.e. microphase separation and dewetting) of ultrathin poly(styrene-block-isoprene) diblock copolymer films on silicon substrates by means of SERGIS and complementary techniques. SERGIS is a novel neutron scattering technique which was implemented and further developed at the new neutron / x-ray reflectometer N-REX+ at the FRM II (Garching, Germany). In contrast to conventional small-angle scattering methods, SERGIS characterises the lateral structure and morphology of interfaces and thin-film systems in real space. The technique uses a polarised primary beam, and the measured quantity is the integral polarisation of the scattered beam. By decoupling the measurement resolution and the beam divergence (in a first approximation), SERGIS aims at a good resolution and a good measurement statistics simultaneously. As a first systematic application of SERGIS to a real physical problem, the dewetting and internal structure of ultrathin poly(styrene-block-isoprene) diblock copolymer films were studied by means of SERGIS and complementary surface sensitive techniques, namely neutron and x ray reflectivity and atomic force microscopy (AFM).

Diese Dissertation widmet sich zwei Forschungsschwerpunkten: Erstens, den Möglichkeiten und Grenzen der Spin-Echo aufgelösten Neutronen Streuung (SERGIS) zur Untersuchung von verborgenen Grenzflächen. Und zweitens, der Untersuchung von Selbstorganisation (Mikrophasenseparation und Entnetzen) sehr dünner poly(styrol-block-isopren) Diblock Copolymer Filme auf Siliziumsubstrat mittels SERGIS und komplementärer Methoden. SERGIS ist eine neue Neutronenstreumethode, die am neuen Neutronen- / Röntgen-Reflektometer N REX+ am FRM II (Garching, Deutschland) implementiert und weiterentwickelt wurde. Im Gegensatz zu konventionellen Neutronen Kleinwinkelstreumethoden, wird mittels SERGIS die laterale Struktur und Morphologie an Grenzflächen und Dünnfilmsystemen im Realraum charakterisiert. Die Messgröße ist die Depolarisierung eines zu Beginn vollständig polarisierten Neutronenstrahls. In dem die Auflösung und die Strahldivergenz in erster Ordnung entkoppelt sind, soll sowohl eine gute Auflösung als auch eine gute Statistik erreicht werden. Als erste systematische Anwendung von SERGIS an einem physikalischen Problem wurde das Entnetzen und die interne Struktur von sehr dünnen Poly(Styrol-block-Isopren) Diblock Copolymer Filmen mittels SERGIS und komplementären oberflächensensitiven Methoden, wie Neutronen- und Röntgen-Reflektivität als auch Raster-Kraft-Mikroskopie (AFM) untersucht.