GIXRD应用案例——单晶硅上镀100nm的金薄膜衍射分析

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X射线测试技术被广泛用于各种薄膜材料的表征。薄膜材料厚度比较薄，通常需要依附于一定的衬底材料之上。而常规XRD测试，X射线的穿透深度一般在几个微米到几十个微米，远远大于薄膜的厚度，导致薄膜的信号会受到基地的影响，来自基底的强大信号会把薄膜的信号掩盖掉。另外，随着衍射角度的增加，X射线在样品上的照射面积逐渐减小，X射线只能辐射到部分样品，无法利用整个样品的体积，衍射信号弱。苏州浪声科学仪器有限公司 GIXRD应用案例 一、薄膜简介 薄膜材料是一种具有相对较小厚度的材料，通常在纳米到微米尺度范 围内。这些材料具有特定的性质和应用，常常被用于电子、光学、能源、生物医学等领域制造各种器件和技术。薄膜材料的种类多样，用途广泛。常见的有金属薄膜、半导体薄膜、陶瓷薄膜、光学薄膜等。 二、掠入射XRD（GIXRD）在表征中的应用 X射线测试技术被广泛用于各种薄膜材料的表征。薄膜材料厚度比较 薄，通常需要依附于一定的衬底材料之上。而常规XRD测试，X射线的穿透 深度一般在几个微米到几十个微米，远远大于薄膜的厚度，导致薄膜的信 号会受到衬底的影响，来自衬底的强大信号会把薄膜的信号掩盖掉。另外，随着衍射角度的增加，X射线在样品上的照射面积逐渐减小，X射线只能辐 射到部分样品，无法利用整个样品的体积，衍射信号弱。 掠入射XRD（GIXRD）是专门用来测试薄膜样品的手段。“掠入射”的 含义为X射线的入射角θ很小（<5°），入射的X射线几乎与样品表面平 行，当X射线的入射角变小时，其入射深度变浅，有利于减小基底信号对 结果的影响，有利于增强薄膜信号的强度 ;同时随入射角变小，照射面积 也增大，增加了样品参与衍射的体积。 GIXRD中入射角和入射深度及照射面积的关系 三、分析案例 本次实验使用单晶硅上镀100nm的金薄膜（记为Au/Si）作为测试样品，采用界FRINGE桌面式X射线衍射仪对该样品进行常规分析和GIXRD分析对 比。 (1)待测样品图 (2)仪器测试参数设置  XRD仪器参数： 仪器型号：界 FRINGE 靶材：Cu 靶 管压管流：30kV 、20mA ： 扫描模式：常规扫描 &掠入射扫描 角度范围：20~75° 入射角：3° 步进角度：0.04°/step 积分时间：600ms/step 扫描参数设置： 左：掠入射扫描参数设置 右：常规扫描参数设置 (3)检测结果 图 Au/Si 样品的衍射图谱（常规扫描） M Oy 1tso FI N G E v e 13.73 图 Au/Si 样品的衍射图谱（掠入射扫描） (4)结论 通过以上测试结果分析可知，使用常规扫描模式采集的衍射图谱，在 2θ =69.13°左右 出现了 Si(004)晶面的衍射峰，其峰强度异常高，这是来自于衬底单晶硅的强烈信号，同 时也出现了 Au(111)晶面的微弱的衍射信号。而使用掠入射模式采集的衍射图谱可知单 晶硅 Si(004)晶面的衍射峰非但不会出现，同时单晶 Si 上的 Au 薄膜衍射峰会很明显的 展现出来。