재료 과학과 공학에서, 특히 특별한 전기, 자기 또는 광적 특성을 가진 전자 세라믹 얇은 필름에 대해,미시 구조가 직접적으로 거시 성능을 결정합니다.그러나 이 나노미터에서 마이크로미터 규모의 얇은 필름을 정확하게 특징짓는 것은 연구자들에게 근본적인 과제로 남아 있습니다.파괴적이지 않은 성질로고 해상도와 풍부한 구조 정보 출력, 얇은 필름 특성화에 필수 도구가되었습니다.

엑스선 difrction는 결정 물질에서 탄력 분산의 원칙에 따라 작동합니다.원자 평면은 3차원 분사 격자처럼 작용합니다., 특정 방향으로 X선을 산란시키는 Bragg의 법칙 (nλ = 2d sinθ) 에 따르면, X선의 파장 (λ), 평면 간격 (d),그리고 분산각 (θ) 은 특정한 관계를 만족시킵니다.이 피크는 결정 구조, 격자 매개 변수, 곡물 크기와 방향에 대한 중요한 정보를 포함합니다.

현대 XRD 도구는 일반적으로 X선 소스, 샘플 스테이지, 검출기 및 데이터 획득 시스템으로 구성됩니다.엑스레이 소스는 고에너지 엑스레이를 생성하고 샘플과 상호 작용하기 전에 집중되고 콜리마이트됩니다.샘플 스테이지는 위치와 각도를 정확하게 제어하고, 탐지기는 분사 신호를 캡처하고 기록합니다.일반적으로 기질에 쉽게 영향을 미치는 약한 분산 신호를 생성합니다., 특화된 기기 구성과 작동 모드가 신호 획득과 배경 억제를 최적화하기 위해 필요합니다.

얇은 필름 분석의 독특한 과제를 해결하기 위해 XRD는 여러 가지 전문 측정 방식을 제공합니다.

1. θ/2θ 스캔 (결합 스캔):이 기본 모드는 X선 튜브 각 (θ) 과 탐지각 각 (2θ) 을 2:1 비율로 동기적으로 변화시킵니다. 탐지기가 2θ 각을 통해 스캔 할 때,그것은 다양한 결정 평면에서 분산 신호를 캡처폴리 크리스탈린 필름의 경우, θ/2θ 스캔은 단계 식별, 단계 함량 분석 및 격자 매개 변수 결정을 제공합니다. 텍스처화 된 필름의 경우,특수한 분산 피크의 강도는 방향 선호도를 나타냅니다..

2윙킹 곡선 (ω 스캔):이 결정적인 측정은 샘플이 축을 약간 돌면서 X선 튜브 각도 (θ) 를 고정함으로써 결정질의 품질을 평가합니다.검출기는 특정 분광 피크 위치에 고정됩니다 (e.g., (002)) 결과 스윙 곡선의 전체 너비 최대 절반 (FWHM) 은 결정 품질을 직접 나타냅니다. 좁은 곡선은 더 나은 방향과 더 적은 결함을 의미합니다.이것은 부피 필름을 평가하는 데 필수적입니다..

3목초지 발생 X선 difrction (GIXRD):필름 두께가 X선 침투 깊이보다 훨씬 작을 때, 전통적인 θ/2θ 스캔은 기판 신호에 압도 될 수 있습니다. GIXRD는 매우 얇은 침투 각을 사용합니다 (일반적으로 <5 °),엑스레이가 주로 필름 표면과 상호 작용하도록 만드는이것은 극적으로 필름 특유의 분산 신호를 향상시키고 기판 기여를 억제하여 표면 단계 구조, 결정 지향 및 스트레스 상태를 분석하는 데 이상적입니다..

4ポールフィギュア (φ 스캔):이 모드는 샘플의 기울기 (ψ) 및 회전 (φ) 각도를 변화시키는 동안 특정 분광 피크에 검출기를 고정함으로써 선호되는 방향과 결정 구조를 정확하게 결정합니다.결과 강도 분포 (극자 그림) 는 명확하게 특정 결정 평면의 방향 분포를 보여줍니다, 이것은 부피성 성장과 폴리 크리스탈린 필름 질감을 분석하는 데 중요합니다.

5소각 X선 산란 (SAXS):SAXS는 매우 낮은 각분산 (<5°) 을 측정하여 나노포어, 나노 입자 집합체 및 단계 분리 영역과 같은 나노 구조적 특징 (2-200 nm) 을 조사합니다.크기에 대한 통계 정보를 제공합니다.이 나노 구조의 형태, 수 밀도 및 공간 분포는 미시 구조와 거시적 필름 특성의 관계에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다.

XRD 데이터 분석은 체계적인 절차를 따르고 있다. 첫째, 단계 식별은 표준 데이터베이스 (예: JCPDS/ICDD) 와 분광 피크를 비교한다. 다음으로,브래그 방정식은 피크 너비 분석을 하는 동안 격자 매개 변수를 계산 (e예를 들어, 슈레르 방정식) 은 곡물 크기를 추정합니다. 흔들림 곡선에서는 FWHM가 결정 품질을 직접 나타냅니다.극지대 수치는 피크 분포를 신중하게 해석하여 대각관계 또는 텍스처 유형을 결정해야합니다.SAXS 데이터는 나노 구조적 매개 변수를 추출하기 위해 전문적인 적합 모델을 요구합니다.

얇은 필름 XRD 데이터를 분석 할 때, 기판 difraksion 피크에 특별한 주의를 기울여야 합니다.그리고 결함 모든 영향 정상 위치, 폭, 강도, 통역 과정에서 포괄적 인 고려가 필요합니다.