薄膜材料XRD分析技术简介ppt课件.pptx
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1、薄膜材料XRD衍射分析简介,杨宁 博士XRD应用工程师德国布鲁克AXS有限公司北京代表处北京海淀区中关村南大街11号光大国信大厦5201室,邮编:100081电话:010-68486946, 68486947服务热线:800-810-9066手机: 13811952478传真: 010-88417855email: ning.yangbruker-,15. November 2022,2,薄膜材料的应用种类Applications 1,metal conductor paths (Cu, Al, AlSiCu) insulators (SiO2, HfO2) in semiconductors
2、 diffusion barriers (Si3N4, Ti/TiN) semiconductors (SiGe, GaAs, InP) active zones in lasers and LEDs (InGaN, AlGaAs, GaN) hard coatings (TiN) solar cells a.k.a photovoltaics (CuInSe2,CdS, CdTe, organic) magnetic active layers (CoPtCr) piezoelectrics(PMN-PT, PZT, PLZT, PbTiO3) optical coatings (MgF2)
3、 electro-optics (PLZT, PMN-PT) magnetostrictives (FeGa) fuel cells (YSZ, Gd-CeO2)superconductors (MgB2, YBa2Cu3O7),15. November 2022,3,electrolytes in batteries (LiPO3) oxide electrodes (SrRuO3) catalysts (MOFs, CeO2) coatings (bathroom fixtures, corrosion prevention) communication/band gap tuning (
4、HEMTs.quantum wells) thermoelectrics (Pb0.5Sn0.5Te) energy storage (ultracapacitors using metal carbides) energy harvesting/ energy conversion,薄膜材料的应用种类Applications 1,15. November 2022,4,薄膜材料的定义?应该用什么样的仪器测量?,所谓的薄膜材料就是厚度介于不到一个纳米到几个微米之间的单层或者多层材料薄膜材料可以是单晶,多晶甚至非晶态。薄膜材料的生长方式可以是溅射,外延,气相沉积。,Organic monolay
5、er,Nanoparticlesin matrix,Back-end (Semi.),Front-endSiGe,OxydeSemi.,Low-k oxides,Coatings,Magn. storage,LEDs,DISCOVER,ADVANCE,Hard to find a guideline,15. November 2022,5,什么样的仪器适合薄膜材料?首先可以参考材料的结晶性,如果是单晶外延膜,我们只能考虑D8Discover, 因为测量要求前置单色器。当然,几乎所有的薄膜材料都可以用D8 DISCOVER 来测量,如果是多晶薄膜,我们也可以考虑D8 ADVANCE。,15. N
6、ovember 2022,6,Restricitons: Layer thickness 250 nm for XRRSample dimensions for all applications,Bruker Confidential,薄膜材料的研究方法及相关项目,High-ResolutionX-Ray Diffraction thickness lattice parameter lattice mismatch composition strain & relaxation lateral structure mosaicity (crystallinity) defects,X-Ray
7、 Reflectometry(XRR) layer thickness composition roughness density porosity,Reciprocal SpaceMapping lattice parameter lattice mismatch composition orientation relaxation lateral structure,Stress and Texture orientation distribution orientation quantification residual stress epitaxial relationship,Gra
8、zing incidence Diffraction (GIXRD) depth dependent information phase identification lattice parameter microstructure (size/strain) residual stress,In-Plane GIXRD IP-lattice parameter IP-crystallite size IP-orientation epitaxial relation,15. November 2022,7,涂层材料,对于厚度几个微米或者接近微米的涂层材料,传统的BB衍射几何在大多数的情况下是
9、可以满足要求的。 BB几何可以实现最好的晶粒统计性和最简单的仪器设置。可以实现定性和定量相分析,结合TOPAS软件,我们还可以计算晶粒尺寸。很多情况,D2 Phaser 可以满足测量要求。 如果样品有很强的择优取向,那么定量相分析,晶粒尺寸和微观应力会受到影响,如果样品衬底是单晶体,在BB几何中,我们可能会看到很强的衬底的衍射峰,而且很多来自光管的杂散信号(KBeta, tube tails, Ni absorption edge, W lines,)也可能被探测到。造成部分图谱无法使用。,15. November 2022,8,多晶薄膜材料和粉末的区别,受到薄膜材料厚度的限制,晶粒的统计性不
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