XRD在薄膜材料研究中應(yīng)用

1、XRD在薄膜材料研究中應(yīng)用報(bào)告人：胡右典制作人：劉云皓資料收集：張亞杰 靳宇 徐衡21|薄膜材料簡(jiǎn)介XRD在薄膜材料中的應(yīng)用 薄膜材料不僅具有優(yōu)越的力學(xué)、熱學(xué)等性能，而且還具有光電、壓電、磁性等特定功能，并且成本較低，所以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中。 按其性能和實(shí)際用途劃分，可分為結(jié)構(gòu)薄膜材料和功能薄膜材料。薄膜材料1薄膜材料結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)構(gòu)薄膜材料在材料應(yīng)用中非常重要，它可以提高材料的力學(xué)性能、減輕材料的質(zhì)量、減少成本等。 其主要有高溫合金薄膜、陶瓷薄膜、準(zhǔn)晶薄膜等。 其中高溫合金薄膜主要應(yīng)用于汽輪機(jī)及航天發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片的涂層;陶瓷薄膜主要用作大容量的薄膜電容器、超導(dǎo)體、固/液分離膜等;準(zhǔn)晶薄膜由

2、于具有高硬度、低摩擦因數(shù)、低熱導(dǎo)率、低電導(dǎo)率、抗氧化、耐腐蝕及特殊的光學(xué)性能而被應(yīng)用于不粘鍋涂層、熱障和熱防護(hù)涂層、太陽能選擇吸收器等方面。功能薄膜功能薄膜材料是廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、軍事工業(yè)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料，具有重要的應(yīng)用和基礎(chǔ)研究?jī)r(jià)值。 主要有光學(xué)薄膜、電極薄膜、磁性薄膜等。其中，光學(xué)薄膜主要用于光學(xué)和光電子技術(shù)領(lǐng)域，制造各種光學(xué)儀器，如反射膜、增透膜、濾光膜、光學(xué)保護(hù)膜、偏振膜、分光膜和位相膜等;電極薄膜主要應(yīng)用于太陽能電池及透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜;磁性薄膜一般按材料性質(zhì)分為金屬和非金屬磁膜材料，按材料組織狀態(tài)分為非晶、多層調(diào)制和微晶磁膜材料。 磁膜材料廣泛用于制造計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，光通信

3、中的磁光調(diào)制器、光隔離器和光環(huán)行器等;也用作磁記錄薄膜介質(zhì)、薄膜磁頭和磁光記錄盤等。薄膜材料XRD在薄膜材料中的應(yīng)用2 晶格參數(shù)、應(yīng)力、應(yīng)變和位錯(cuò)密度是薄膜材料的幾個(gè)重要的物理量，X 射線衍射 ( XRD)為此提供了便捷而無損的檢測(cè)手段。1.晶格參數(shù)的測(cè)量測(cè)量晶格參數(shù)通常分為相對(duì)測(cè)量和絕對(duì)測(cè)量?jī)煞N方式 。相對(duì)測(cè)量相對(duì)測(cè)量就是以襯底為標(biāo)準(zhǔn) , 認(rèn)為襯底不發(fā)生形變 , 然后進(jìn)行 -2測(cè)量并以已知數(shù)據(jù)庫中襯底的衍射峰位置進(jìn)行定標(biāo) , 從而得到外延膜的2值 , 這樣 , 由布拉格公式 2d =n sin可得到相應(yīng)晶面間的距離 , 故選擇一定的晶面 , 就可以得到所需的晶格參數(shù)。對(duì)如六方晶系的 ( 10

4、0)、 ( 200)這些晶面進(jìn)行衍射時(shí) , -2不能夠有效地測(cè)出這些晶面的晶格常數(shù) , 而面內(nèi)掠入射 ( GIXD)能很好地解決該問題?？梢灾苯拥玫奖∧ず鸵r底的 (以六方晶系為例)如 ( 220)等面的布拉格角 , 從而可以直接計(jì)算面內(nèi)晶格參數(shù) , 避免先對(duì) ( 112)面 -2掃描求出 ( 112)平行晶面間的距離 , 再通過三角關(guān)系間接求出面內(nèi)晶格參數(shù) 。1.晶格參數(shù)的測(cè)量絕對(duì)測(cè)量晶格參數(shù)時(shí) , 要以晶體自身來定標(biāo) 。傳統(tǒng)的方法主要有兩種:同一晶面的不同級(jí)數(shù)方法和 Bond 方法 。這兩種方法的關(guān)鍵都在于測(cè)量布拉格衍射角 B 。前者利用布拉格公式得到絕對(duì)測(cè)量其中:表示 X 射線的波長(zhǎng) ;ni 表示衍射級(jí)數(shù) , 而ni 為各級(jí)衍射的布拉格角, 由此求得零點(diǎn)誤差0 , 并進(jìn)一步計(jì)算。Bond 方法核心是將探測(cè)器定在兩個(gè)合適的不同角度 , 利用樣品同一晶面的掃描消除零點(diǎn)誤差。 從而得到實(shí)際情況下的布拉格角 , 其中 1 、2 為兩次測(cè)量值 。2.應(yīng)力和應(yīng)變的測(cè)量3.位錯(cuò)密度的測(cè)量對(duì)于半導(dǎo)體晶體薄膜位錯(cuò)的描述 , 一般采用Mosaic模型（如圖）, 包括水平關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度 、 垂直關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度、扭轉(zhuǎn)角度和傾