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HRXRD 高解像度X線回折分析装置

技術原理

高分解能X線回折分析装置(HRXRD)は、X線を結晶材料に照射した際に生じるブラッグ回折(Bragg Diffraction)現象を利用し、回折角度と強度分布を解析することで材料の結晶構造と結晶特性を得ることができます。MA-tekが導入しているBruker D8 Discover HRXRD システム、多機能高解像度X線回折プラットフォームであり、システムは基本的な粉末回折(Powder XRD)を備えています。低傾斜角薄膜回折(GID)分析機能の他にも搭載されている三晶(Triple-Crystal)高解析分析器単結晶薄膜の高精度な結晶性分析と化合物組成分析が可能です。

 

さらに、システムは逆格子空間マッピング(Reciprocal Space Mapping, RSM)分析を行うことができ、エピタキシャル薄膜の格子配置とひずみ状態を研究し、エピタキシャル層が圧縮または引き伸ばされているかを評価します。薄膜材料分析において、HRXRDはX線反射分析(X-ray Reflectivity, XRR)技術と組み合わせて、多層または単層薄膜の薄膜の厚さ、インターフェースの粗さ、電子密度。XRR の深さ分解能は約200nmで、膜厚測定範囲は5〜200nm、表面粗さは通常5 nm非晶質薄膜であっても分析が可能です。

分析アプリケーション
レイクリスタル分析
分析レイヤー薄膜と基板の間の格子配置と成長品質。
RSM(相互空間マッピング)分析
薄膜のひずみ、格子マッチング、欠陥を倒格子空間分布分析を通じて分析する。
酸化、腐食と薄膜コーティングの相鑑定
材料の表面酸化層、腐食生成物またはコーティングの結晶相を分析する。
格子定数分析
結晶体の単位格子定数を計算して、材料の構造とひずみを評価する。
結晶構造と相同定
回折パターンを用いてデータベースと照合し、材料の結晶相と構造を判断する。
粉末回折分析
粉末または多結晶材料の結晶構造と組成を分析する。
低斜入射薄膜回折分析 (GID)
低角度入射のX線を用いて薄膜表面または薄層構造の結晶情報を分析する。
化合物薄膜の濃度分析
化合物薄膜の元素組成比を格子変化を通じて分析する。
XRR分析による多層薄膜の厚さ、粗さ、密度
X線の反射特性を利用して、薄膜の厚さ、界面の粗さ、及び材料の密度を測定する。
粒子サイズ分析
材料の結晶粒サイズを回折ピークの幅を分析することによって調べる。
結晶性分析
材料の結晶品質を評価し、材料が単結晶、多結晶、またはアモルファス構造であるかを判断します。
三結晶高分解能回折分析
高解像度三次元結晶構造測定による単結晶薄膜の回折信号を利用して、結晶の品質とひずみ状態を分析することができます。
機械の種類

Bruker D8 Discover (HRXRD)

MA-tekの構成Bruker D8 Discover 高解像度 X線回折分析装置(HRXRD)結晶構造、薄膜の結晶品質および材料相の分析が可能です。このシステムは高解像度の光学モジュールと多軸測定プラットフォームを備えており、半導体エピタキシー、薄膜材料、および結晶構造の研究に適しています。

 

D8 Discover は通じて高解像度回折、低掠角回折(GID)および逆格子空間マッピング(RSM)などの測定モードにより、薄膜と基板の格子関係、ひずみ状態および結晶品質を解析します。さらに、システムはX線反射率(XRR)薄膜の厚さ、界面の粗さ、密度の測定を行う。

  • 非破壊測定

  • 12インチのサンプルを分析できます

  • 大気環境下で操作可能

  • 塊材、薄膜または粉末はすべて可能です

  • 超薄コーティング(< 5nm)および二次元材料

  • 面内掠角回折 (In-Plane Grazing Incidence Diffraction, IP-GID)

     

 

応用事例

HRXRD / XRD 分析結果図

材料の異なる回折角度における回折強度分布、材料の結晶構造と結晶特性を分析する。横軸は2θ(2-Theta)回折角度。X線と結晶面が回折する際の角度位置を表します。縦軸は回折強度(Intensity / Counts)で、その角度での回折信号の強度を示します。X線が結晶材料に照射されると、異なる結晶面が特定の角度で回折ピーク(diffraction peaks)を生成します。図に示された(hkl)指数(例えば (222)、(440) など)は対応する結晶面の方向を表します。これらの回折ピークの位置と強度を通じて、材料の結晶構造と相組成を判断することができます。

 

図中にも示されていますFWHM(Full Width at Half Maximum)即、回折ピークの半値全幅。FWHMは材料の結晶品質と粒子サイズを評価するために使用され、通常、ピークが狭いほど結晶品質が良く、粒子サイズが大きいことを示します。また、図に示されたd 值(晶面間距)は、対応する結晶面の格子間隔を示し、材料の格子定数、ひずみ状態、または組成の変化を分析するために使用できます。

  • (a) GaNのエピタキシャル層の厚さと組成の分析

  • (b) GaN成長層RSM分析

  • (c) SiGeエピタキシャル高解像度スペクトル

  • (d) XRR による HfOx 薄膜の厚さ、密度および粗さの解析

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台湾の実験室

劉先生

Ext. +886-3-6116678 ext:3972
上海実験室

楊先生

Ext. +86-21-5079-3616 ext:7201

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