XRD在薄膜材料研究中应用

1、XRD在薄膜材料 研究中应用 报告人：胡右典 制作人：刘云皓 资料收集：张亚杰 靳宇 徐衡 2 1| | 薄膜材料简介 XRD在薄膜材料 中的应用 薄膜材料不仅具有优越的力学、热学等 性能，而且还具有光电、压电、磁性等特定功能， 并且成本较低，所以广泛应用于生产和生活中。 按其性能和实际用途划分，可分为结构薄膜材料 和功能薄膜材料。 薄膜材料 1 薄膜材料 结构薄膜 结构薄膜材料在材料应用中非常重要，它可以提高材料的力学性能、减轻材料的质量、减 少成本等。 其主要有高温合金薄膜、陶瓷薄膜、准晶薄膜等。 其中高温合金薄膜主要应用于汽 轮机及航天发动机的涡轮叶片的涂层;陶瓷薄膜主要用作大容量的薄膜

2、电容器、超导体、固/液分 离膜等;准晶薄膜由于具有高硬度、低摩擦因数、低热导率、低电导率、抗氧化、耐腐蚀及特殊 的光学性能而被应用于不粘锅涂层、热障和热防护涂层、太阳能选择吸收器等方面。 功能薄膜 功能薄膜材料是广泛应用于国民经济、军事工业等领域的基础材料，具有重要的应用和基 础研究价值。 主要有光学薄膜、电极薄膜、磁性薄膜等。其中，光学薄膜主要用于光学和 光电子技术领域，制造各种光学仪器，如反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、 分光膜和位相膜等;电极薄膜主要应用于太阳能电池及透明导电氧化物(TCO)薄膜;磁性薄膜 一般按材料性质分为金属和非金属磁膜材料，按材料组织状态分为非晶、多层调

3、制和微晶 磁膜材料。 磁膜材料广泛用于制造计算机存储，光通信中的磁光调制器、光隔离器和光环 行器等;也用作磁记录薄膜介质、薄膜磁头和磁光记录盘等。 薄膜材料 XRD在薄膜材料中的应用 2 晶格参数、应力、应变和位错密度是薄膜材料 的几个重要的物理量，X 射线衍射 ( XRD)为此提 供了便捷而无损的检测手段。 1.晶格参数的测量 测量晶格参数通常分为相对测量和绝对测量两种方式 。 相对测量 相对测量就是以衬底为标准 , 认为衬底不发生形变 , 然后进行 -2测量并以已知数据库中 衬底的衍射峰位置进行定标 , 从而得到外延膜的2值 , 这样 , 由布拉格公式 2d =n sin可得到相 应晶面间

4、的距离 , 故选择一定的晶面 , 就可以得到所需的晶格参数。 对如六方晶系的 ( 100)、 ( 200)这些晶面进行衍射时 , -2不能够有效地测出这些晶面的晶 格常数 , 而面内掠入射 ( GIXD)能很好地解决该问题。可以直接得到薄膜和衬底的 (以六方晶系为 例)如 ( 220)等面的布拉格角 , 从而可以直接计算面内晶格参数 , 避免先对 ( 112)面 -2扫描求 出 ( 112)平行晶面间的距离 , 再通过三角关系间接求出面内晶格参数 。 1.晶格参数的测量 绝对测量晶格参数时 , 要以晶体自身来定标 。传统的方法主要有两种:同一晶面的 不同级数方法和 Bond 方法 。这两种方法的关键都在于测量布拉格衍射角 B 。前者 利用布拉格公式得到 绝对测量 其中:表示 X 射线的波长 ;ni 表示衍射级数 , 而ni 为各级衍射的布拉格角, 由此 求得零点误差0 , 并进一步计算。 Bond 方法核心是将探测器定在两个合适的不同角度 , 利用样品同一晶面的扫 描消除零点误差。 从而得到实际情况下的布拉格角 , 其中 1 、2 为两次测量值 。 2.应力和应变的测量 3.位错密度的测量 对于半导体晶体薄膜位错的描述 , 一般采用Mosaic模型（如图）, 包括水平关联长度 、 垂直关联长度、扭转角度和倾转