薄膜材料的表征方法一

X-ray diffraction
The process of X-ray.
E
X-ray diffraction
X-ray diffraction
布喇格定律： 2d sin n 。
Cu原子Ｋα线： 1.541 A
X-ray diffraction
对不同的晶体，其 晶体结构和原子间 距不同，因而晶面 间距也不同．
薄膜材料的表征方法（一）
ANALYTICAL TECHNOLOGIES OF THIN FILMS（1）
谭永胜 2004.11.1
Abstract
Introduction General idea and category X-ray diffraction (XRD) X-ray photoelectron spectroscopy
对于不同用途的功能薄膜材料，还需测量 其电学、光学、声学、力学、热学、磁学 等性质。
General idea and category
General idea: beam in and beam out。
通过探测出射粒子 流的强度分布以及 q\m、E、θ、φ 等参数来分析样品 的性质。
X-ray photoelectron spectroscopy
The intensity of a XPS peak is given by:
I AfN TD
Relative atomic sensitivity factor S:
S T
So the atomic percentages for an unknown element can be calculated by:
Photoelectric effect:
Ek hv EB
Electron Spectroscopy for Chemical Analysis（ESCA）
X-ray photoelectron spectroscopy
A typical spectrum of silver.
(XPS)
Introduction
薄膜(thin film)材料是相对于体材料而 言的，是人们采用特殊的方法，在体材 料的表面沉积或制备的一层性质与体材 料性质完全不同的物质层。
Introduction
在各种薄膜制备与使用过程中，普遍关心 以下几个方面： （1）薄膜的厚度测量； （2）薄膜结构和表面形貌的表征； （3）薄膜成分的分析。
电子衍射 RBS (Rutherfold backscattering)卢瑟福背散射 SEM (scanning electron microscopy)扫描电子显微镜 SIMS (secondary ion mass spectroscopy)二次离子质谱 TEM (transmission electron microscopy)透射电镜 UPS (ultra-violet photoelectron spectroscopy)紫外光电子谱 XRD (x-ray diffraction) X射线衍射 XPS (x-ray photoelectron spectroscopy) X射线光电子谱 STM (scanning tunnel microscopy) 扫描隧道显微镜 AFM (atomic force microscopy) 原子力显微镜
General idea and category
Depth: elliptical polarization Structure：XRD、LEED、RHEED、TEM Composition：XPS、UPS、AES Surface topography: SEM、SPM Optics：UV-Vis Electricity: Hall、I-V、C-V
小结
用途：分析样品化学成分及元素分布。 原理：光电效应。 特点：a.可探测除H、He以外的所有元素。
b.能在不太高的真空度下进行分析。 c.可反映相应元素的化合态。
A( )
X-ray diffraction
The full width at half maximum
Scherrer equation:
D k cos
X-ray diffraction
The strain and stress along the caxis:
e c0 c c0
General idea and category
A: elastic or inelastic scattering.
B: emitted particles from the sample.
General idea and category
General idea and category
General idea and category
AES (Auger electron spectroscopy)俄歇电子能谱 LEED (low energy electron diffraction)低能电子衍射 MEED (medium energy electron diffraction)中能电子衍射 RHEED ( reflection high energy electron diffraction)反射高能
emittedparticlesfromsamplegeneralideacategorygeneralideacategorygeneralideaaesaugerelectronspectroscopy俄歇电子能谱leedlowenergyelectrondiffraction低能电子衍射meedmediumenergyelectrondiffraction中能电子衍射reflectionhighenergyelectrondiffraction反射高能电子衍射rbsrutherfoldbackscattering卢瑟福背散射semscanningelectronmicroscopy扫描电子显微镜simssecondaryionmassspectroscopy二次离子质谱temtransmissionelectronmicroscopy透射电镜upsultravioletphotoelectronspectroscopy紫外光电子谱xrdxraydiffractionx射线衍射xpsxrayphotoelectronspectroscopyx射线光电子谱stmscanningtunnelmicroscopy扫描隧道显微镜afmatomicforcemicroscopy原子力显微镜generalideadepth


2c13

c33 c13
(c11
c12 )e

Xion
小结
用途：分析晶体结构。 原理：Bragg定律。 特点：a.可分析晶体取向以及结晶程度。
b.空间分辨本领较低。
X-ray photoelectron spectroscopy
nx
Ix / Sx Ii / Si
i
X-ray photoelectron spectroscopy
The calculation of the peak intensity.
X-ray photoelectron spectroscopy
The chemical shift.
X-ray photoelectron spectroscopy
X-ray diffraction
右图为晶面指 数示意图，对 立方晶系：
dhkl 2

h2
a2 k2
l2
X-ray diffraction
XRD spectra of KBr powder
X-ray diffraction
2θ =34.40,accordi ng to ZnO (002) peak
XRD spectra of ZnO (002) peak deposited on glass.
X-ray diffraction
The intensity of the peak
1
e4 3 2
I 32R I 0 m2c4 V02 VFHKL P
1cos2 2 2M
sin2 cos e