X射线衍射仪在薄膜择优取向测定上应用贺彤
X射线衍射仪在薄膜择优取向测定上的应用 贺彤I孙伟I金禹2祁阳2裴剑芬I (|东北大学研究院分析测试中心,辽宁沈阳110004;②东北大学理学院,辽宁沈阳110004) 摘要:本文以MgO单晶薄膜材料为例,说明应用X射线反射法测量薄膜材料面 内择优取向的方法。对测量方法的原理及实验步骤等进行了详细的说明。这一方 法为薄膜材料面内择优取向的测量提供了新途径。 关键词:X射线反射法;薄膜;择优取向 1引言 薄膜材料作为一种功能材料正在被广泛的应用W。对薄膜性能分析方法的研 究已逐渐成为近些年科学研究的热点宫。在薄膜的性能研究中,其结构参数的测 量——特别是择优取向、厚度和粗糙度等的测量至关重要。随着薄膜技术的飞速 发展,半导体薄膜、铁磁介电薄膜及超导薄膜成为现代电子技术及高精科学研究 仪器发展的象征。对于薄膜系统的越来越高的要求,使得原有块体的结构表征如 织构、截面等一些手段不再适用于薄膜系统。所以急需发展一套适用于薄膜结构 表征的一套方法。 对于薄膜的择优取向测量主要有金相蚀坑术(着色),X射线衍射技术,电子 衍射,中子衍射和电子背散射花样(Electron Back Scattering Diffraction, EBSD)技术 及TEM衍射斑法等叫 衍射技术要比金相方法准确,无论是多晶衍射术还是薄 膜衍射都富有自然的统计意义。因此,衍射方法成为择优取向表征的主要手段同。 本文主要研究了适用于薄膜面内取向表征的X射线中扫描方法,这种方法 是确定薄膜的空间取向及薄膜与基底界面的错配情况的有利工具。 2实验原理及方法 与X射线衍射相同,X射线中扫描也基于布拉格衍射方程: 2dhkiSin。= 2 ILKJ 旋转X射线的四圆衍射系统,使得选定的晶面发生衍射,利用晶面关于旋 转轴的对称关系,即可确定薄膜的空间取向及薄膜与衬底间界面的错配关系。 2.1 X射线四圆操作 图1是x射线的四圆操作几何图,其中2。为高能接受器与X入射光的夹角, 刃为样品表面与X入射光的夹角,如图可见20和刃的转轴与样品的y轴重合, 范围为0。〈刃 scan to MgO(022) [100]的在xy面内的取向。仔细观察,在每个峰位±18.5°的位置还存在两个对称 的小峰,这可能是与单晶取向差±18.5。存在着微量的小晶粒而造成的。 3结语 利用X射线中扫描方法具有统计性高,操作简便的特点。这种方法克服了 由于仪器存在旋转和测量区域限制而不能对面内取向进行直接测量的缺点。X射 线中扫描方法是薄膜面内择优取向测量的有效手段,值得进一步推广。 参考文献 [1] 曲喜新,杨邦朝.电子薄膜材料M,北京:科学出版社,1996, 53-89. [2] 利弗森E,叶恒强.材料科学与技术丛书(第2B卷)材料的特征检测[M].北 京:科学出版社,1998, 571-637. [3] 丛秋滋.多晶二维X-射线衍射[M].北京:科学出版社,1997. [4] Dingley D J. Diffraction from sub-micron areas using electron backscattering in a scanning electron microscope Q], Scanning Electron Microscopy, 1984, 1