半导体与晶体薄膜的XRD测量答辩
ito薄膜的xrd峰标准
ITO薄膜的XRD峰标准一、引言ITO薄膜，即掺锡氧化铟薄膜，是一种在光电领域广泛应用的材料。
由于其良好的导电性和透明性，ITO薄膜被广泛应用于各种显示器件、太阳能电池、触摸屏等光电器件中。
X射线衍射（XRD）是研究晶体结构的重要手段，对于ITO薄膜的质量控制和性能优化具有重要意义。
本文将重点探讨ITO薄膜的XRD峰标准及其在实践中的应用。
二、ito薄膜的XRD峰标准的重要性ITO薄膜的XRD峰标准的重要性主要体现在以下几个方面：1.晶体结构分析：通过分析ITO薄膜的XRD峰，可以获得薄膜的晶体结构信息，如晶格常数、晶向等。
这些信息对于了解薄膜的生长过程、控制工艺参数、优化材料性能等具有重要意义。
2.质量控制：在ITO薄膜的制备过程中，通过对XRD峰的检测和分析，可以对薄膜的质量进行监控。
如果XRD峰出现异常或偏差，可能意味着薄膜的晶体结构出现了问题，如成分不均匀、晶体取向差等，从而影响其性能。
3.批次管理：对于大规模生产中的ITO薄膜，通过比较不同批次样品的XRD峰，可以评估各批次之间的性能一致性，确保生产过程的稳定性和产品质量的可靠性。
4.性能优化：通过对ITO薄膜的XRD峰进行深入研究，了解其晶体结构与性能之间的关系，可以为优化材料性能提供理论依据和实验指导。
三、ito薄膜的XRD峰标准制定制定ITO薄膜的XRD峰标准需要遵循以下步骤：1.确定测试条件：在制定标准前，首先需要确定XRD测试的条件，如测试仪器、射线源、扫描范围、扫描速度等。
这些条件的选定应以保证测试结果的准确性和可重复性为原则。
2.收集参考数据：收集大量不同工艺条件、不同成分比例、不同制备条件的ITO薄膜的XRD谱图作为参考数据。
这些数据将有助于建立完善的数据库，为标准制定提供依据。
3.峰识别与标定：根据ITO薄膜的晶体结构和XRD谱图的特征，识别和标定主要的衍射峰。
同时，确定各衍射峰对应的晶面和晶向。
这一步骤需要充分考虑ITO薄膜的可能晶型和晶相结构。
物理实验技术中的材料薄膜制备与测量技巧
物理实验技术中的材料薄膜制备与测量技巧材料薄膜在物理实验中扮演着重要的角色。
它们广泛应用于电子器件、光学器件、储能设备等领域，具有独特的性能和应用前景。
但是，材料薄膜的制备与测量并不是一件简单的事情。
本文将针对物理实验技术中的材料薄膜制备与测量技巧展开探讨。
一、材料薄膜的制备技巧材料薄膜制备过程中的关键问题是如何获得高质量的薄膜。
这包括薄膜的厚度均匀性、结晶度、界面质量等方面的要求。
下面将介绍两种常见的薄膜制备技术。
1. 物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition，简称PVD）PVD是一种利用物理手段将固态材料转化为气态，然后在衬底表面沉积成薄膜的方法。
其中，蒸发法、溅射法和激光热蒸发法是最常用的PVD技术。
在制备薄膜时，需要注意蒸发源的温度、蒸发速率以及衬底的温度和表面处理等因素，以保证薄膜的均匀性和质量。
2. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）CVD是一种利用化学反应在衬底表面生成具有所需性质的材料薄膜的方法。
通过控制反应条件和气相组分，可以制备出高质量的薄膜。
常见的CVD技术有热CVD、等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，简称PECVD）等。
在进行CVD制备时，需要注意反应流程的控制、反应气体的纯净度，以及衬底的温度和表面处理等因素。
二、材料薄膜的测量技巧薄膜的制备完成后，我们需要对其进行测量以获得相关性能参数。
下面将介绍两种常见的薄膜测量技术。
1. 拉曼光谱测量拉曼光谱是一种非侵入式的测量方法，可以获得材料的结构信息。
通过激光光源的散射，与物质交互作用后的光被收集，并进一步分析得到物质的振动模式和结构信息。
在薄膜研究中，拉曼光谱常用于表征薄膜的晶格结构、应力分布、杂质掺杂等方面的信息。
通过拉曼光谱测量，可以获得薄膜的结晶度、晶格纳米尺寸等重要参数。
半导体膜层质量评价标准
半导体膜层质量评价标准
半导体膜层质量评价标准主要包括以下几个方面：
表面粗糙度：表面粗糙度是表征半导体薄膜质量的重要参数之一，通常使用原子力显微镜（AFM）来测量。
较小的表面粗糙度意味着薄膜表面更平整，光学性能更好。
表面粗糙度的大小与薄膜生长过程中的控制条件密切相关，如生长温度、压力等。
晶体结构：晶体结构是表征半导体薄膜质量的重要参数之一，通常使用X射线衍射（XRD）来分析。
半导体薄膜的晶体结构对其电学、光学性能有重要影响，因此晶体结构的研究对于半导体薄膜生长工艺的优化具有重要意义。
成分变化：在正常生产过程中，生长的薄膜成分比例会和理论模型有所区别。
若成分变化过大会导致薄膜质量变差，通常采用均方根成分比例来表征成分变化。
电阻率：经过薄膜工艺环节后，薄膜的表面电阻值可以用来衡量缓冲层的薄膜质量与导电能力，是缓冲层重要的质量指标之一，通常使用四探针电阻测量仪测量薄膜的表面方块电阻来表征电阻率。
光学性能：光学性能是评价半导体膜层质量的重要指标之一，包括反射率、透过率、光谱特性等。
这些性能与膜层的材料、厚度、结构等因素有关，可以通过实验测量和理论计算来评估。
稳定性：半导体膜层的稳定性包括化学稳定性、热稳定性、环境稳定性等。
这些稳定性对于膜层的长期使用和可靠性具有重要影响，需要在评价膜层质量时进行考虑。
薄膜XRD
薄膜XRD测量问题，BRUKER D8 FOCUS 能否做掠入射小角衍射？想请教各位高手一个问题。
我想测一个薄膜的结构，薄膜厚度（~30nm），在XRD(D8 FOCUS)上测了，只有衬底的峰。
经过查阅，对于薄膜XRD测量应该用小角衍射（原理还没弄清楚），我想问下BRUKER D8 FOCUS XRD能否做掠入射小角衍射？测薄膜一般要配Göbel镜，否则强度可能太弱。
Bruker D8 FOCUS能做小角衍射，但不明白“对于薄膜XRD测量应该用小角衍射”出自何处？你想测什么呢？“薄膜的结构”指的是物相还是多层膜的次序或表面及界面粗糙度？做薄膜研究既可以通过反射也可以通过掠射。
反射主要适合300-400 nm厚以下多层膜及薄膜，可测膜的厚度、膜及衬底的密度、表面及界面粗糙度、膜的次序，对样品定位及入射光束的准直要求较高；掠射可测多层膜及薄膜的物相分析、晶粒大小测定、薄膜次序及择优取向测定。
基本配置的D8 FOCUS做一般测试还凑合，但没有特殊附件不适合测薄膜。
我想测的是薄膜的物相和择优取向。
小角衍射和掠入射衍射有区别吗？是不是Bruker D8 FOCUS能做小角衍射，但不一定能掠射测薄膜物相？薄膜厚度大概在30nm 左右。
是有一定区别的。
薄膜反射研究光路薄膜反射D8Advance实际配置示例薄膜掠射研究光路薄膜掠射D8Focus实际配置示例用公式可以算出，对一般的材料，40kV/40mA下X-光的穿透深度可达几十微米，因此如果薄膜仅厚30nm，必然能透过薄膜测出衬底。
Bruker D8 FOCUS肯定能做小角衍射，也能掠射测薄膜物相，只是在不配Göbel镜时，基本配置的D8 FOCUS测量出薄膜物质的强度可能太弱，对30nm厚的膜可能不会有很好的信噪比。
所以说“做一般测试还凑合，但没有特殊附件不适合测薄膜”。
对不起，我没注意看问的是小角衍射和掠入射衍射的区别，而回答反射和掠射的区别了。
高分辨XRD测量及分析方法
HRXRD测量及分析方法
衍射基本原理
布拉格公式： 布拉格公式：
2d sin θ = nλ
X射线衍射仪
X射线衍射是一种无损的研究材料结构的方法，高分辨X 射线衍射（HRXRD）非常适合研究单晶和外延膜等晶体 取向很好的材料。
样品台 Cu（Kα）源
单色器
探测器
HRXRD基本光路图
XRD图解
扫描模式
Omega-scan Omega-2theta scan Phi-scan Chi-scan
Roபைடு நூலகம்king Curve Scan (ω扫描)
ω扫描，也称摇摆，就是探测器固定在2θ位置，样品在θ左右摇摆， 这时候探测器前面不加狭缝，处于开口状态。
Omega-2theta (θ-2θ) 扫描
θ-2θ扫描，也叫联动，就是样品和探测器都在转动，从衍射峰位可以确 定样品的晶格常数，从而确定外延膜样品晶格的应变。这时，探测器前一 般要狭缝。衍射峰的半高宽与薄膜的厚度、组分及应变的不均匀性有关。
Phi-scan
φ扫描：取与样品表面有一定夹角的晶面衍射，如六方ZnO的表面为(0001)， （1011）面与表面的夹角χ为61. 60º，先将样品倾斜61.60º，然后样品绕表 面法线旋转360º，是为φ扫描，可以观察（1011）面衍射的空间分布。
极图
极图：样品从0º-90º 逐步倾斜，每一步倾 斜，做φ扫描，一系 列φ扫描的数据合起 来作图，就可以得到 极图。可以研究特定 的衍射，即固定的θ2θ，在空间两个方位 （φ和χ）上的分布。
XRD介绍及问答
XRD(转载）学术——微电子与半导体材料2009-09-26 11:19 阅读71 评论0 字号：大大中中小小做XRD有什么用途啊，能看出其纯度?还是能看出其中含有某种官能团？X射线照射到物质上将产生散射。
晶态物质对X射线产生的相干散射表现为衍射现象，即入射光束出射时光束没有被发散但方向被改变了而其波长保持不变的现象，这是晶态物质特有的现象。
绝大多数固态物质都是晶态或微晶态或准晶态物质，都能产生X射线衍射。
晶体微观结构的特征是具有周期性的长程的有序结构。
晶体的X射线衍射图是晶体微观结构立体场景的一种物理变换，包含了晶体结构的全部信息。
用少量固体粉末或小块样品便可得到其X射线衍射图。
XRD（X射线衍射）是目前研究晶体结构(如原子或离子及其基团的种类和位置分布，晶胞形状和大小等)最有力的方法。
XRD 特别适用于晶态物质的物相分析。
晶态物质组成元素或基团如不相同或其结构有差异，它们的衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度次序以至衍射峰的形状上就显现出差异。
因此，通过样品的X射线衍射图与已知的晶态物质的X射线衍射谱图的对比分析便可以完成样品物相组成和结构的定性鉴定；通过对样品衍射强度数据的分析计算，可以完成样品物相组成的定量分析；XRD还可以测定材料中晶粒的大小或其排布取向（材料的织构）...等等，应用面十分普遍、广泛。
目前XRD主要适用于无机物，对于有机物应用较少。
关于XRD的应用，在[技术资料]栏目下有介绍更详细的文章，不妨再深入看看。
如何由XRD图谱确定所做的样品是准晶结构？XRD图谱中非晶、准晶和晶体的结构怎么严格区分？三者并无严格明晰的分界。
在衍射仪获得的XRD图谱上，如果样品是较好的"晶态"物质，图谱的特征是有若干或许多个一般是彼此独立的很窄的"尖峰"（其半高度处的2θ宽度在0.1°~0.2°左右，这一宽度可以视为由实验条件决定的晶体衍射峰的"最小宽度"）。
xrd 应力测试原理
xrd 应力测试原理XRD 应力测试原理一、引言X射线衍射（X-Ray Diffraction，简称XRD）是一种广泛应用于材料科学领域的非破坏性测试方法，可以用来研究晶体结构、晶格常数、晶体取向和残余应力等信息。
本文将介绍XRD应力测试的原理和基本步骤。
二、XRD应力测试原理XRD应力测试是基于布拉格方程（Bragg's Law）的原理进行的。
布拉格方程描述了入射X射线与晶体晶面之间的相互作用关系。
当入射X射线与晶体晶面满足布拉格方程时，会发生共面干涉，产生衍射信号。
三、布拉格方程布拉格方程可以表示为：nλ = 2dsinθ其中，n为衍射级数，λ为入射X射线的波长，d为晶面间距，θ为衍射角。
四、应力引起的晶面间距变化晶体中的应力会引起晶面间距的变化。
根据胡克定律，应力与应变之间存在线性关系。
当晶体受到外力作用时，晶体中的原子会发生位移，导致晶面间距的变化。
因此，通过测量晶体中晶面间距的变化，可以间接推断出晶体中的应力信息。
五、应力测试步骤1. 样品准备：将待测试的样品切割成适当尺寸，并进行表面处理，以确保样品的表面光洁度和平整度。
2. 仪器调试：调整XRD仪器的参数，如入射角、发射角、入射深度等，以适应不同样品的测试需求。
3. 测量数据：通过XRD仪器发射X射线，并接收衍射信号。
记录衍射图谱，包括衍射角和相对强度。
4. 数据分析：根据布拉格方程，计算晶面间距，并绘制应力-晶面间距曲线。
5. 应力计算：根据已知晶体结构和材料参数，利用应力-晶面间距曲线，将晶面间距的变化转化为应力值。
六、应力测试的应用领域XRD应力测试在材料科学领域有广泛的应用。
主要应用于以下方面：1. 金属材料研究：通过测试金属材料中的残余应力，可以评估材料的强度、韧性和耐久性。
2. 薄膜应力测试：薄膜在制备过程中容易产生应力，通过XRD应力测试可以帮助优化薄膜的成长过程。
3. 焊接接头质量评估：焊接过程中产生的残余应力会对焊接接头的性能产生影响，通过XRD应力测试可以评估焊接接头的质量。
xrd测试操作的流程和注意事项
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半导体与晶体薄膜的XRD测量_图文(精)
《半导体与晶体薄膜的XRD 测量》实验报告学院数理与信息工程学院专业物理学课程近代物理实验姓名阮柳晖学号 09180229 组员王健華指导老师斯劍霄完成时间：2012年5月27日【摘要】：利用Y —2000型X 射线衍射仪，对不同衬底所镀晶体薄膜进行XRD 测量，利用测量出的衍射峰，可以较好地分析薄膜晶面在不同温度下的生长趋势，从而帮助获得较高纯度的晶体薄膜。
此外，利用各衍射峰的半高宽，可以获得相关晶体所对应的密勒指数下的晶粒大小，并对不同温度相同晶面的晶粒大小进行比较分析。
【关键词】：XRD 测量衍射峰晶体薄膜半高宽晶粒大小【引言】：自从伦琴于1895 年发现X 射线以来，人们对X 射线的应用开展了深入的研究。
X 射线衍射技术是利用X 射线在晶体、非晶体中衍射与散射效应，进行物相分析、结构类型和不完整性分析的技术，可广泛应用于物理学、化学、分子物理学、医学、金属学、材料学、高分子科学、工程技术学、地质学、矿物学等学科领域，是目前应用最广泛的一项技术，在材料现代分析方法中占有重要的地位。
XRD 主要应用于定性相分析、定量相分析、晶粒大小的测定、材料的宏观和微观应力测定、织构(择优取向分析、取向度和晶体及多晶体的定向测量。
本文主要介绍利用XRD 衍射仪测量晶体衍射峰强度，从而了解所镀膜层随温度变化晶体生长取向的变化趋势，以及根据晶体对应密勒指数下的衍射峰的半高宽计算晶粒大小，进而对薄膜材料的制备条件有更为深入的了解。
【正文】：一、实验原理（1）、布拉格方程及其衍射理论图1 X 射线布拉格衍射示意图布拉格方程一般表示为：2d hkl sin θ = n λ其中，d hkl 是(hkl 晶面间距，θ 是布拉格角，整数n 是衍射级数，λ 是所用X 射线的波长。
布拉格方程反映了X 射线在晶体中衍射时所遵循的规律。
（2）、谢乐公式根据XRD 衍射数据，可以采用谱线宽化法间接测定晶体中平均晶粒大小，其计算式如下L h , l , k k λ=βh , k , l cos θh , k , l这就是著名的谢乐( Scherrer 公式。
xrd表征方法 -回复
1.样品制备：首先需要制备晶体样品，可以是单晶或多晶。对于单晶样品，需要通过特定的生长方法制备出大面积、高质量的晶体。而对于多晶样品，可以通过机械研磨或烧结等方法制备。
2.样品装载：将样品安装在XRD装置的样品台上。通常采用背散射几何方式，样品放置在固定的角度上，以确保入射光和出射光的路径一致。
一、XRD的原理和基本原则是什么？
XRD的原理基于布拉格法则，该法则表明对于入射的X射线，它们与晶体面之间的散射相干干涉，产生出干涉峰。可以通过测量和分析这些干涉峰的位置和强度来获得材料的晶体结构和晶格参数。
具体而言，入射X射线与晶体的晶面相互作用，形成了衍射光束。这些衍射光束会与探测器上的感光屏相交，形成衍射图样。根据布拉格法则，入射光束（入射角θ）与感光屏上的衍射光束（散射角2θ）之间的关系可以表示为：nλ= 2d sinθ，其中n为整数，λ为入射光的波长，d为晶面间的距离。当满足该关系时，就会出现明亮的衍射峰。
xrd表征方法-回复
【xrd表征方法】
X射线衍射（XRD）是一种常用的材料表征方法，主要用于分析材料中晶体的结构和晶体学参数。通过测量材料对入射X射线的散射模式和强度分布，可以确定晶体中原子的排列方式和晶格参数，从而揭示材料的结构和性质。原理和应用。
6.数据分析：根据处理后的数据，可以用来确定晶体样品的结构类型、晶格参数、相对晶体含量等，以及进行晶体结构分析和相变研究等。
三、XRD的应用领域有哪些？
XRD广泛应用于材料科学、物理学、化学和生命科学等领域。主要应用包括：
1.晶体结构分析：XRD可以确定晶体结构和晶格参数，对于新材料的研发和设计提供基础数据。
2.相变研究：通过分析材料在不同温度、压力条件下的XRD数据，可以研究材料的热力学性质和相变行为。
xrd测试纤维结晶度标准 -回复
xrd测试纤维结晶度标准-回复什么是X射线衍射（XRD）测试？X射线衍射（XRD）测试是一种常用的材料分析技术，用于研究物质的结晶结构和晶体性质。
通过投射X射线到待测样品，并测量被样品散射的X射线衍射图案，可以确定样品的晶体结构和晶格参数。
XRD测试在材料科学、化学、地质学等领域都有广泛的应用。
纤维结晶度的定义与重要性纤维结晶度是指纤维素纤维中晶体的数量和尺寸的度量。
纤维素是一种主要存在于天然纤维（如木材和棉花）以及许多纤维素形式的合成纤维（如纸浆和纤维板）中的多聚体。
纤维素的结晶度对物质的性质和用途具有重要影响。
纤维结晶度的测量可以提供关于纤维素材料结构和性能的宝贵信息。
纤维结晶度的测量方法测量纤维结晶度的方法有很多种，包括光学显微镜、红外光谱、热重分析和X射线衍射等。
其中，X射线衍射是一种非常常用且可靠的测试方法。
通过X射线衍射测试，可以得到关于纤维素样品的晶体相对含量、晶胞尺寸和晶体结构的详细信息。
XRD测试纤维结晶度的流程进行XRD测试纤维结晶度的流程如下：1. 样品制备：首先，将待测纤维素样品制备成粉末状或形成薄膜。
对于纤维素样品的粉末制备，可以通过物理粉碎或化学处理等方法实现。
对于形成薄膜的方法，则可根据不同需求使用湿法或干法等工艺。
2. 样品测量：将制备好的样品放置在X射线衍射仪的样品台上。
进行测试前，应调整样品台的水平和位置，以确保得到准确的测试数据。
3. 参数设置：根据样品的特点和测试要求，设置相应的X射线源、光阑和探测器等参数。
一般常用的X射线源是铜管，可以发射特定波长的X 射线。
4. 测量：启动X射线衍射仪，该仪器会发射X射线，并测量样品对X射线的散射。
通过探测器记录得到散射的X射线强度。
5. 数据处理：对获得的X射线衍射图案进行数据处理和分析。
通过测量衍射角和强度，可以得到样品的晶格参数、相对含量以及纤维结晶度等信息。
6. 结果解读：根据具体的样品和测试要求，对得到的测量结果进行解读。
半导体绪论答辩
+4
综上所述：
(1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导体。
电子是多数载流子； 空穴是少数载流子； 不参加导电的正离子。
(2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导体。
空穴是多数载流子，
电子是少数载流子，
不参加导电的负离子。
(3) 杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由本
结论：
PN结的单向导电性：
PN 结加正向电压产生大的正向电流， PN 结
导电。
PN结加反向电压产生很小的反向饱和电流，
近似为零， PN结不导电。
2019年5月19日1时37分
⑵ PN结的伏安特性
定量描绘 PN结两端电压和流过结的电流 的关系的曲线——PN结的伏安特性。 根据理论分析，PN结的伏安特性方程为
综上所述：
(1) 半导体中有两种载流子：自由电子和空 穴，电子带负电，空穴带正电。 (2) 本征半导体中，电子和空穴总是成对地 产生，ni = pi。 (3) 半导体中，同时存在载流子的产生和复 合过程。
2019年5月19日1时37分
⑵ 杂质半导体
本征半导体的电导率很小，而且受温度和 光照等条件影响甚大，不能直接用来制造 半导体器件。 本征半导体的物理性质：纯净的半导体中 掺入微量元素，导电能力显著提高。 掺入的微量元素——“杂质”。 掺入了“杂质”的半导体称为“杂质”半 导体。
2019年5月19日1时37分
⑴ 本征半导体
半导体由于热激发而不断产生电子空穴对， 那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和 空穴浓度是否会越来越大呢？ 实验表明，在一定的温度下，电子浓度和空 穴浓度都保持一个定值。 半导体中存在
载流子的产生过程 载流子的复合过程
半导体所XRD
金刚石晶胞中，每个原子具有四个近邻，键角为109°28′，形成一个正四面体结构 金刚石结构的原子密排面为(111), 密排方向为<110>，原子密排顺序为：
……aa'bb'cc'aa'bb'cc' …… ……ABCABCABC ……
二. 闪锌矿结构
闪锌矿晶胞
，
，
，
闪锌矿结构属于立方晶系面心立方点阵(FCC)，常见的Ⅲ-Ⅴ族化合物GaAs、InAs、AlAs、InP
一. 金刚石结构
、
金刚石结构的晶胞
金刚石结构属于立方晶系面心立方点阵(FCC)，C，Si，Ge晶体都属于这一类。
晶胞中的8个原子分数坐标分别为：
000
1 10
101 01 1
22
2 2 22
111 444
331 444
313 444
133 444
四面体结构与投影图
金刚石结构在(1-10)面上的投影
……aa'bb'cc'aa'bb'cc' …… ……ABCABCABC ……
三. 纤维锌矿结构
纤维锌矿结构
纤维锌矿结构为六方晶系，简单六方点阵，每个晶胞有十二个原子，六个A原子和六个B原子 为了更好地反映六方晶系的六次对称轴，其晶面和晶向指数采用四轴坐标表示 。
1，纤维锌矿六方晶胞的1/3(三轴坐标中的一个晶胞) 共有四个原子，在(0001)面上的投影 (如图b所示)，以H-GaN为例，它共有二个 Ga 原子和二个N原子，坐标分别为：
b a 110 2
的简单位错
① 60°位错
② 刃位错
具有双断键的刃型位错
半导体物理-25答辩
半导体物理 Semiconductor Physics
一般白炽灯的寿命1000 h；荧光灯10000 h； LED寿命20000~100000 h LED响应时间是纳秒级，荧光灯是毫秒级
半导体物理 Semiconductor Physics
白炽灯有玻璃泡、灯丝等易损部件；荧光 灯有灯管和附件； LED是全固体结构、经得起震动、冲击、 体积小、重量轻。
1998年,全世界生产的太阳能电池,其总的发电量达1000兆瓦,1999年 达 2850兆瓦。2000年,全球有将近4600 家厂商向市场提供光电池和 以光电池为电源的产品。
目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发计划,准备在21世纪大规 模开发太阳能。美国、日本和西欧工业发达国家在研究开发太阳能方 面的总投资, 1998年达570亿美元;1999年646亿美元;2000年700亿美 元;2001年将达820亿美元;
预计2010年中国整个LED产业的产值将超过1500亿元。
国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已 有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但国内在大尺寸 LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。
半导体物理 Semiconductor Physics
太阳能电池
半导体物理 Semiconductor Physics
目前,美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额。 美国 拥有世界上最大的光伏发电厂,其功率为7MW,日本也建成了发电 功率达1MW的光伏发电厂。全世界总共有23万座光伏发电设备,以 色列、澳大利亚、新西兰居于领先地位。
20世纪90年代以来,全球太阳能电池行业以每年15%的增幅持续 不断地发展。全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17 倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球 太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市 场产值已正式突破100亿美元大关，至于2006年全球太阳能电池 产能已扩增至2204MW，较2005年大增33％。2007年全球太阳能 电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。
TiO2半导体纳米复合材料XRD分析
TiO2纳米复合材料XRD分析i-引言纳米结构TiO2由于具有化学性能稳定、价格低廉等优点在光催化、光解水及太阳能电池等领域应用广泛，如图lo早在二十世纪初期，TiO?因具有增白、加亮等特点而广泛应用于油漆、涂料、化妆品、牙膏、药膏等商业化领域，并在某些国家一度被认为是衡量生活质量的产品。
T102主要來源丁•钛铁矿、金红石、锐钛矿和白钛石，储量丰富、价格低廉。
二十世纪初，商业化应用的Ti02最早通过提炼钛铁矿得到铁和钛铁合金，进一步精炼得到TiO2,并于1918年在挪威、美国和徳国实现了工业化生产。
图lTiO2应用领域T102存在三种晶型：金红石型、锐钛矿型利板钛矿型晶体，如图2。
在一定(a) (b) (c)图2 TiO?的三种晶体结构：(a)金红石,(b)锐钛矿，(c)板钛矿温度下，Ti02晶型之间可以转变，其晶型转变相图，如图3。
一般而言，锐钛矿T102的光催化活性比金红石型HO?耍高，其原因在于：(1)金红石型HO?有较小的禁带宽度(锐钛矿HO?的禁带宽度为3.2 eV,金红石型HO?的禁带宽度为 3.0 eV),其较正的导带阻碍了氧气的还原反应；(2)锐钛矿型TiO2晶格中有较 多的缺陷和位错，从而产生较多的氧空位来捕获电子，而金红石型TiO2是T1O2 三种晶型中最稳定的晶型结构，具有较好的晶化态，缺陷少，光生空穴和电子在 实际反应中极易复合，催化活性受到很大的影响:(3)金红石型Ti 。
？光催化活 性低，同时还与高温处理过程中粒子大量烧结引起比表而积的急剧下降有关。
Anatase-200 0 200 400600 800 1000 1200CC) 图3TiO2晶型转变相图本文首先以金红石型为例计算其消光系数和结构因子，结合我最近的实验结 果分析TiO?及其复合物的XRD 表征结果。
2.金红石型TH 》结构及XRD 谱图特征b• TiO O图4 (a)金红石晶胞结构,(b)金红石晶胞垂直于(001)面的剖面图金纤石屈于四方晶系，空间群P 兰nm •晶胞参数a o =O.4S9 nm^ c o =0.?96 nm m 其结构如图 4。
半导体基础知识答辩ppt课件
１.2.2 V—A特性曲线
实验曲线
i
锗
击穿电压UBR
(1) 正向特性 i
u
V
mA
(2) 反向特性
i u
V
uA
0
u
反向饱和电流
导通压降 硅：0.7 V
死区
电压
E
锗：0.3V
硅：0.5 V 锗： 0.1 V
E
(1)正向特性：
对应于图1-12曲线的第①段，为二极管伏特性的正向特 性部分。这时加在二极管两端的电压不大，从数值上看，只 有零点几伏，但此时流过二极管的电流却较大，即此时二极 管呈现的正向电阻较小。一般硅管正向导通压降约为0.6～ 0.7V, 锗管约为0.2～0.3V。
少子—电子
少子—空穴
少子浓度——本征激发产生，与温度有关 多子浓度——掺杂产生与，温度无关
1.2.1 PN结
1 . PN结的形成
PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区
形成内电场 阻止多子扩散，促使少子漂移。 内电场E
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － －－
++ ++
正向电流
－ － －－
++ ++
内电场 E
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。
动画演示
外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电 荷区
N
－ － －－
++ ++
薄膜材料研究中的XRD技术
。
绝对测量晶格参数时, 要以晶体自身来定标。 传统的方法主要有两种[ 3, 6] : 同一晶面的不同级数 方法和 Bond 方法。这两种方法的关键都在于测量
B 。前 者 利 用 布 拉 格 公 式 得 到 布拉 格 衍 射 角 H
n1 K n2 K ni K = = , sin ( X n + $H 0) sin ( X n + $H 0) sin ( X n + $H 0) 1 2 i 其中: K表示 X 射线的波长 ; n i 表示衍射级数 , 而 X n 为各级 衍射 的 布拉 格 角, 由 此 求得 零 点 误差 i $H 0 , 并进一步计算; Bond 方法核心是将探测器定 在两个合适的不同角度 , 利用样品同一晶面的 X 扫 描消除零点误差, 从而得到实际情况下的布拉格角
H B = 多研究工作。 如 S. Raoux 等人[ 7] 利用此方法完成了各种不同材料 薄膜厚 度 与温 度关 系的 测量 , 研 究 了 Ge2 Sb2 Te 5 ( GST) 、掺 N 的 GST 、 Ge15 Sb85 、Sb2 Te 、掺 Ag 和 In 的 Sb2 Te, 发现当外延膜厚度小于 10 nm 时, 晶 体的生长温度将随着外延膜的厚度减小而升高。 D. Scit i 等人[ 8] 测量了 AlN + SiC+ ( ZrB2 , MoSi2 ) 系统的 晶格参数和应力, 并与其他方法进行了比较。其实 早在 1995 年 , J. Birch 等人 就曾提出了测量单晶 超晶格结构晶格参数的其他方法 , 他们采用 X - 2H 扫描确定垂 直于衬底表面的 晶格参数, 并利用倒 易空间图进行非对称的晶面测量, 由此求出平行于 衬底表面的晶格参数。作为应用 , 他们还以生长在 MgO ( 001 ) 上 的 Mo/ V ( 001 ) 超 晶 格 结 构 为 例 , 测得 a Mo = 0. 309 nm、 cM o = 0 . 319 nm、 a V = 0. 305 nm, c V = 0. 298 nm, 其中 a Mo 、 cMo 分 别为 Mo 的平行、垂直于衬底平面的晶格参数 , 而 a V 、 cV 分别为 V 的平 行、 垂直 于衬 底平 面的 晶格 参 数。
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《半导体与晶体薄膜的XRD 测量》实验报告学院数理与信息工程学院专业物理学课程近代物理实验姓名阮柳晖学号 09180229 组员王健華指导老师斯劍霄完成时间：2012年5月27日【摘要】：利用Y —2000型X 射线衍射仪，对不同衬底所镀晶体薄膜进行XRD 测量，利用测量出的衍射峰，可以较好地分析薄膜晶面在不同温度下的生长趋势，从而帮助获得较高纯度的晶体薄膜。
此外，利用各衍射峰的半高宽，可以获得相关晶体所对应的密勒指数下的晶粒大小，并对不同温度相同晶面的晶粒大小进行比较分析。
【关键词】：XRD 测量衍射峰晶体薄膜半高宽晶粒大小【引言】：自从伦琴于1895 年发现X 射线以来，人们对X 射线的应用开展了深入的研究。
X 射线衍射技术是利用X 射线在晶体、非晶体中衍射与散射效应，进行物相分析、结构类型和不完整性分析的技术，可广泛应用于物理学、化学、分子物理学、医学、金属学、材料学、高分子科学、工程技术学、地质学、矿物学等学科领域，是目前应用最广泛的一项技术，在材料现代分析方法中占有重要的地位。
XRD 主要应用于定性相分析、定量相分析、晶粒大小的测定、材料的宏观和微观应力测定、织构(择优取向分析、取向度和晶体及多晶体的定向测量。
本文主要介绍利用XRD 衍射仪测量晶体衍射峰强度，从而了解所镀膜层随温度变化晶体生长取向的变化趋势，以及根据晶体对应密勒指数下的衍射峰的半高宽计算晶粒大小，进而对薄膜材料的制备条件有更为深入的了解。
【正文】：一、实验原理（1）、布拉格方程及其衍射理论图1 X 射线布拉格衍射示意图布拉格方程一般表示为：2d hkl sin θ = n λ其中，d hkl 是(hkl 晶面间距，θ 是布拉格角，整数n 是衍射级数，λ 是所用X 射线的波长。
布拉格方程反映了X 射线在晶体中衍射时所遵循的规律。
（2）、谢乐公式根据XRD 衍射数据，可以采用谱线宽化法间接测定晶体中平均晶粒大小，其计算式如下L h , l , k k λ=βh , k , l cos θh , k , l这就是著名的谢乐( Scherrer 公式。
其物理意义为: 垂直于h, k, l 晶面方向上的晶粒大小。
式中:K: 入射X 射线的波长，操作中取0.9；θh, k, l : h, k, l 晶面的衍射角；Bh, : h, k, l 晶面衍射峰的宽度( 2θ弧度；二、实验仪器及使用说明本实验利用Y —2000型XRD 衍射仪。
仪器如下：其内部结构包括：1、高稳定度X 射线发生器及防护系统2、测角仪（卧式或立式）3、冷却循环水装置(一体或分体4、数字化记录控制单元及探测器5、衍射仪操作系统及应用分析软件包6、高性能计算机及技术资料和配件打开冷却水及XRD 衍射仪电源，前期预冷半小时，打开计算机，放入样品，打开衍射仪操作软件，设置参数后衍射仪进入工作，数据经探测器显示在衍射仪操作软件上，数据采集结束后，保存数据。
三、实验验数据及处理（一）、温度对薄膜晶面生长的影响根据实验数据将不同温度所镀相同材料做出同一坐标下射线衍射强度—2倍衍射角曲线图，从图中可以分析出各个晶面衍射强度随温度的变化趋势，在不同温度下所镀膜层，其某一晶面衍射强度不同，衍射强度越大，说明该温度越有利于该晶面的生长。
具体图像及数据如下：①、Grown BaF2 on Ag substrate（250℃、300℃，Cu 靶）温度升高的过程中：（1）、有利于BaF2（200）、（400 晶面的生长。
猜想，在>300︒C 存在一温度最有利于BaF2（200）、（400 晶面的生长。
（2）、抑制BaF2（111）、（311）晶面的生长。
猜想在<250︒C 存在一温度最利于BaF2（111）、（311）晶面的生长（3）、温度升高对于BaF2（222）晶面则表现为基本相同。
猜想，温度对BaF2（222）晶面生长几乎不影响，或者，250—300︒C 之间存在一温度最利于或最不利于BaF2（222）晶面的生长。
②、Grow BaF2 on PbTe substrate (200℃、250℃、300℃、350℃，Cu 靶温度升高的过程中：（1）、有利于BaF2(111晶面的生长。
猜想在>350︒C 存在一温度最利于BaF2(111晶面的生长。
（2）、对于BaF2（222）表现为先增后稳定，在从200—250︒C 有一个突增，而300︒C 比250︒C 明显减小，350︒C 与300︒C 几乎无异，猜想250︒C 左右可能为最利于BaF2（222）生长的温度。
（3）、BaF2（511）晶面与BaF2（222）晶面表现相似，都是先增后减再稳定，猜想250︒C 附近为BaF2（511）晶面的最适生长温度。
③、Grown BaF2 on Fe-si substrate（200℃、300℃、350℃，Cu 靶）温度升高的过程中：（1）、有利于BaF2（200）、（222）晶面，Si （400）晶面和Fe2O3（104）晶面的生长。
猜想，在>350︒C 存在一温度最利于BaF2（200）、（222）晶面，Si （400）晶面和Fe2O3（104）晶面的生长。
（2）、抑制BaF2（122）、（311）晶面的生长。
猜想，在<200︒C 存在一温度最利于BaF2（122）、（311）晶面的生长。
（3）、温度升高对于BaF2（111）晶面则表现为先增大后减小，猜想在200—350︒C 存在一温度最利于BaF2（111）晶面的生长。
④、Grow PbTe on BaF2 substrate (280℃、370℃、415℃，Mo 靶5温度升高的过程中：（1）、PbTe （400）晶面表现为先稳定后突然增大。
猜想，在>415︒C 存在一温度最利于PbTe （400）晶面的生长。
（2）、PbTe （222）、（444）晶面表现先减小后增大，且温度为415︒C 时衍射峰异常高，猜想在>415︒C 存在一温度最利于PbTe （222）、（444）晶面的生长。
（二）、温度对晶粒大小的影响根据图像，通过jade 软件，计算各个材料薄膜对应的衍射峰的半高宽；利用谢乐公式：Dc =0. 90λ/B cos θ（式中λ为x 光靶波长，B 为半高宽，θ为衍射角）计算各个晶面晶粒大小；并将相同材料相同衍射峰对应晶面的晶粒大小以图片形式予以比较，如下所示：①、BaF2 on Ag substrate（Cu 靶）6表一：BaF2 on Ag（Cu 靶）在200℃、250℃下薄膜的衍射峰对应晶面的半高宽表二：BaF2 on Ag（Cu 靶）在200℃、250℃下薄膜的衍射峰对应晶面的晶粒大小根据上图分析：温度升高，有利于BaF2（111）、（200）、（311）、（222）、（400）晶粒的长大。
由此猜想，最利于BaF2（111）、（200）、（311）、（222）、（400）晶粒长大的温度为300︒C 或更高。
②、BaF2 on Fe—Si substrate（Cu 靶）7表四：BaF2 on Fe-si（Cu 靶）在200℃、300℃、350℃下薄膜的衍射峰对应晶面的晶粒大小根据上图分析：（1）、温度升高，不利于BaF2（122）晶粒长大，猜想，最利于BaF2（122）晶粒长大的温度为200︒C 或更低。
（2）、温度升高，BaF2（111）、（311）晶粒大小先增大后减小，猜想，250—350︒C 之间存在某一温度最利于晶粒长大。
8③、BaF2 on PbTe（Cu 靶）晶粒大小（注：200︒C 下BaF2（222）、（511）晶面衍射强度太小，计算半高宽误差较大，因此该温度下数据不予采集。
）根据上图分析：9（1）、温度升高，不利于 BaF2（222）（511）晶粒的长大，猜想，最利于、 BaF2（222）（511）晶粒长大的温度为或更低。
、（2）、温度升高，BaF2（111）晶粒大小先增大后减小，猜想 250—之间存在某一温度最利于 BaF2（111）晶粒长大。
④、PbTe on BaF2 substrate（Mo 靶）温度半高宽（度）（nm）（nm）晶面0.171 0.456 0.178 22.790 0.147 0.206 0.137 26.365 0.296 0.661 0.271 46.635 表七：PbTe on BaF2（Mo 靶）在 280℃、370℃、415℃下薄膜的衍射峰对应晶面的半高宽温度晶粒大小晶面(hkl（h）（hkl） PbTe(222 PbTe(400 PbTe(444 280 370 415 218.209 81.828 209.628 255.564 182.369 274.219 100.578 60.255 146.969 表八：PbTe on BaF2（Mo 靶）在 280℃、370℃、415℃下薄膜的衍射峰对应晶面的晶粒大小 10根据上图分析：温度升高，PbTe（222）（400）（444）晶粒大小先减小后增大，猜想最利、、于 PbTe（222）（400）（444）晶粒的长大的温度为或；在 280 、、—之间存在一温度最不利于 PbTe（222）（400）（444）等晶粒的长大。
、、（注：测晶粒大小时，B 会受仪器宽度 b 影响，使测出数据与真实值不符， h, k, l 但是实验主要观察晶粒大小变化规律，在此不作涉及 b 的复杂处理）四、实验总结①、该开放性实验历时近一个学期，实验中，主要以使用专业仪器测量样本为主，因为此项工作耗时最多，在此过程中，深入了解 XRD 衍射理论，并对样本制备的原则及理论要求有了较为深入的了解。
②、实验有不足之处，客观的讲，受到仪器、时间的限制，特别在对薄膜厚度、杂质等因素上没有深入的涉及，会影响到数据的准确性、严谨性以及科学性。
③、在数据处理的过程中，学习了 origin 软件的图像处理及 jade 软件的测半高宽方法要领。
并对数据的整理分析、趋势预测等有一定的涉及，从而对该方面的认识进一步加深。
④、当然，该实验耗时较多，通过本实验的研究学习，培养了我和组员的耐心、细心、恒心，对以后的学习工作很有帮助；另外，实验的研究实践，使我们体会了科学探究的艰辛，发现真知的不易。
⑤、在实验过程中，思想上会与组员发生必要的碰撞，也会引发一些争执，但是这些所谓的争执会让我们更好地解决一些问题，在此，我对我的组员表示感谢。
另外，在实验过程的各个部分中，或多或少遇到一些问题，斯老师总会给予启发性、有实质性帮助的建议，在此，对斯老师的耐心指导表示感谢。
【参考文献】 1、戚绍祺，胡萍春.晶粒大小的测定【J】.广州化学.2000（9）：33—38 2、黄清明,俞建长,吴万国.薄膜镀层的 XRD 分析【J】.福建大学学报.2004 (6:773-775 3、谢清连†，黄国华，潘吟松，黄自谦.XRD 在薄膜结构分析中常见问题的研究【J】.广西物理.2010（4）.15-18 11。