Fortaleza estructural representada como graficas de texturas de fibras

La difracción de rayos X puede proporcionar información sobre la orientación de una película (lámina) con respecto a su substrato. La técnica incorpora la recopilación de figuras de polo (abajo, izquierda) las cuales son representaciones estereográficas de las orientaciones de las fibras en un espacio tridimensional. Los detectores bi-dimensionales pueden recopilar grandes porciones de muchos conos de difracción simultáneamente, lo cual permite observar el rango completo de la orientación de las fibras. La fortaleza de las texturas puede ser cuantificada usando software de Función de Distribución de Orientación (FDO o ODF). Se requieren, cuanto menos, tres figuras de polo para efectuar el análisis ODF, el cual puede llevar a tiempos de recopilación de datos largos e indeseables. Además, muchos de los programas ODF tienen dificultad manejando materiales fuertemente texturizados, lo cual es el caso en muchas películas delgadas electrónicas. Como la mayoría de las películas delgadas reflejan fibras simétricas o casi texturizadas, en las cuales los la orientación uniforme- y azarosamente efectúan un movimiento de precesión sobre el substrato normal, la fortaleza de la textura pude ser representada cualitativamente con una sola figura de polo en la forma de una Grafica de Texturas de Fibras (GTF o FTP, abajo, derecha).


Texture Strength

El FTP es, esencialmente, una integración de una porción desde el centro (α = 0°) hasta la orilla (α = 90°) de la figura de polo. Un α = 0° representa los planos de celosía recíprocos orientados paralelamente al substrato, mientras que un α = 90° representa los planos de celosía recíprocos orientados perpendicular mente al substrato (vea el diagrama 1). En realidad, la medición de la orientación perpendicular al substrato requiere difracción de rayos X en transmisión en lugar de reflexión, así que la mayoría de las representaciones DTP se extienden de α = 0° a α = 85°. El ejemplo muestra los planos de Al (111) paralelos al substrato de Si (100). Como el Al es cúbico, el ángulo entre el plano (111) y los otros miembros es de 10.5°, lo cual es verificado en el FTP por la intensidad del segundo pico. Es importante recordad que el sistema cristalográfico de la película dicta donde se espera observar las intensidades en los FTPs. Las direcciones cristalográficas de espacio reciproco y directo (real) solo coinciden con en sistemas cúbicos. Por ejemplo, el Ti, el cual tiene una celosía hexagonal, es un plano de celosía reciproco (100) perpendicular a la dirección [210], no a la dirección [100]. La forma de la curva FTP proporciona una imagen cualitativa simple de la fibra de textura casi-fibrosa. El área bajo el FTP puede ser integrada para obtener representaciones cuantitativas de la fortaleza textural, de la cual se puede cuantificar la difusión/inclinación de los polos. Con una corrección de fondo apropiada de los datos en bruto medidos, el fondo linear bajo el FTP pude ser usado para cuantificar el porcentaje (%) de distribución aleatoria de las fibras. La cuantificación de texturas es reportada como fracción de volumen o media-anchura, ω90, ω63, y ω50 donde ω representa el medio-ángulo (en grados), el cual contiene la intensidad (90%, 63%, 50%) de alguna fracción específica. Por ejemplo, el medio-ángulo que contiene el 50% de las orientaciones de las fibras (111) es ω50. En base a esta definición, mientras más pequeño el valor de ω50, la distribución de fibras (111) se hace más estrecha (difusión de polos mas pequeña) y la textura se fortalece. En base al FTP presentado anteriormente, los valores de ω reportados que representan la difusión de polos y la fortaleza de la textura son de ω90 = 3.2°, ω63 = 2.7°, y ω50 = 0.8°, con un 4% de aleatoriedad. El valor τ representa el ángulo entre el normal del substrato y el normal de la muestra en un plano de difracción específico. A veces se le llame ángulo “fuera-de-corte” o ángulo “con-falta-de-coincidencia”. Su valor no es importante para la determinación de α, pero es requerido para determinar la relación entre las orientaciones de la película y los substratos. Como el FTP es, esencialmente, una porción de una figura de polo completa, parte de la información disponible en un conjunto de figuras de polo completas está ausente. Por ejemplo, si la figura de polo no es completamente simétrica a lo largo del normal de una fibra perfecta, lo cual puede ocurrir si el polo está inclinado o desplazado en una dirección, la porción seleccionada puede mal-representar la textura verdadera. Por esto mismo, a menudo resulta útil crear FTPs de una sola porción (alrededor de 10°) al igual que de una integración de figura de polo completa (360 °). De otra manera, se necesitaría un análisis ODF general.


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