铄思百检测

搜索

XRD摇摆曲线如何表征晶体生长质量

2022-06-24

铄思百检测

X射线衍射（XRD）摇摆曲线如何表征晶体生长质量，铄思百检测小编整理了相关资料，希望能帮到大家！

我们先来看看XRD简单的介绍：

X射线又叫X光，X射线的产生装置即X射线管，其原理是由阴极发射的热电子，在几kV~几十kV高压作用下，高速飞向阳极靶，靶面物质与高速运动的电子相互作用，即发射出X射线。当阳极靶是铜靶，X射线波长是1.54埃，与大多数晶体中的原子之间的距离相当。当X射线照射到样品上，X射线被样品晶体中规则排布的原子或分子散射，由于X射线是一种电磁波，散射的X射线发生干涉，在某些特定方向上会形成集中的波峰（相长干涉），即发生布拉格（Bragg）衍射。布拉格衍射信号的方位、强度与样品的晶格常数、成分、晶相等参数有关，分析布拉格衍射信号就可以得到样品的上述参数。

下面以氮化铝（AlN）为例，说明XRD摇摆曲线如何表征晶体生长质量。

在蓝宝石衬底上外延生长高质量的AlN模板是实现高质量AlGaN材料行之有效的途径之一，而AlGaN材料是深紫外发光器件、光电器件与电子器件的核心材料，在杀菌消毒、特殊通信、5G射频器件、电力电子器件等领域有着广泛的应用前景。XRD是表征AlN晶体质量的一种重要手段，利用XRD测量AlN样品的摇摆曲线可以得到AlN样品的晶体质量。

二、摇摆曲线的测量原理

测试摇摆曲线（Rocking Curve，有时缩写为RC）的时候，保持样品不动，探测器位置保持不变，同时样品法线方向与探测器表面法线方向之间的夹角也保持不变，然后在一定范围内改变X射线的入射角（X射线与样品样品表面的夹角ω），探测器检测不同ω下，待测晶面的X射线衍射强度。ω变化范围的中心是待测晶面发生布拉格衍射时对应的入射角。将X射线衍射强度与ω的关系显示在平面图上，平面图中的横坐标X是ω，纵坐标Y轴是X光强度，所得的曲线就是摇摆曲线。

假设待测晶面平行于衬底表面生长且各层晶面的间距一致，则只在布拉格衍射方向上才有衍射强度，其他方向都没有衍射强度，摇摆曲线就是一条垂直于X轴的直线（忽略仪器分辨率、晶格畸变、晶粒细化等因素而导致的信号展宽）。假设待测晶体在各个面均有生长（随机生长），即待测晶面与衬底表面成各个角度的可能性均等(就像理想的多晶结构)，由于各个面都发生布拉格衍射，此时在摇摆曲线中无论横坐标为何值，该样品的衍射强度都是一样的，即一条平行于X轴的直线（同样忽略信号展宽）。实际样品的摇摆曲线是一个垂直于X轴的钟型尖峰，计算计算尖峰的半高宽，用于反映X射线被待测晶面反射后其衍射束的发散情况，从而了解待测晶体的生长质量。半高宽越小则晶体质量越好，反之越差。

半高宽，又称为半峰宽，指的是衍射峰高度最大处高度为一半时的全宽，也即峰值高度一半时的衍射峰宽度。

有两种方法计算半高宽:

一种是半高宽法，即做峰底的切线L，在峰高一半的地方做L平行线。

一种是积分法，做峰底的切线L，测量峰的面积，测量峰的高度，用"面积/高度"得到峰宽。

FWHM与高斯峰的标准差σ的关系:

FWHM = 2√(2ln2) ≈ 2.355σ。