通过X射线反射率法测量薄膜

由于材料的X射线折射率略低于1,当X射线以掠射角度入射一个平面物质表面,X射线发生全反射。通过测量全反射强度(反射率)作为相对薄膜表面的入射角的函数,可以获得图1显示的衍射图,此外可以非破坏性测量例如薄膜每层的密度、厚度和粗糙度的结构参数。

Measuring the total reflection intensity

图1: X射线反射率衍射图与结构参数的关系

图2显示了一个样品的X射线衍射率衍射图(理学SmartLab多功能衍射仪),该样品的氧化膜在硅(Si)基板上形成,TiN薄膜使用化学气相沉积在氧化膜上形成,此外使用优化的结构参数计算衍射图。

Measured profile of the X-ray reflectivity

图2: 测量并计算X射线反射率的衍射图

图中还显示了反射率的分析结果。观察到的小周期振荡是由127.7nm厚的SiO2薄膜引起的,大周期振荡是由TiN薄膜引起的。但是由于TiN薄膜未经过单层模型优化,是通过将其分成两个图层来分析的。这两个TiN层比起那些晶体物质具有相当低的密度,因此它们被认为是没有结晶化的非晶相,同时也拥有不同程度的晶体。如上文所述,这是一个反射率测量的优质功能,它可以测量多层结构薄膜的属性,无论该物质是晶体还是非晶。


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