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永續報告書

高解析X光繞射分析儀 (HRXRD)

技術原理

Bruker Discover D8 為一多功能高解析 X 光繞射分析儀,除了基本的粉末繞射與薄膜低掠角繞射的分析功能外,還擁有三晶 (triple-crystal) 的高分辨解析器,可以針對單晶的薄膜進行結晶性分析,以及化合物的組成或濃度分析;還可以進行倒晶格空間分佈 (RSM) 的分析,由此可以得到磊晶晶格排列堆疊是否有受到擠壓的訊息。

 

對於大多數的薄膜應用可以進行多晶成份的相鑑定,或是單/多晶的結晶晶粒尺寸分析。此外利用 X 光全反射的特性 (X-Ray Reflection, XRR) 可以進行多/單層薄膜樣品的厚度、介面粗糙度與電子密度分析。受限於 X 光的穿透力與反射特性,目前 XRR 的分析極限約在 300nm 的厚度內,粗糙度的限制必須小於 5nm,非晶質亦可分析。

 

 

 

分析應用

  1. 三晶高解析繞射分析 (Triple Crystal HRXRD)
  2. 結晶性分析 (Crystallinity)
  3. 晶粒尺寸分析 (Grain Size)
  4. XRR分析多層薄膜厚度,粗糙度與密度
  5. 化合物薄膜之濃度分析
  6. 低掠角薄膜繞射分析 (GID)
  7. 粉末繞射分析 (Powder XRD)
  8. 晶體結構與相鑑定
  9. 晶格參數分析
  10. 氧化、腐蝕與薄膜鍍層相鑑定
  11. RSM(Reciprocal Space Mapping)分析
  12. 磊晶分析

 

 

 

機台種類

圖-1  Bruker Discover D8

 

 

 

應用實例

圖2 ITO 薄膜由PEAK FWHM可以估算晶粒尺寸

 

圖3 (a) GaN磊晶層厚度與組成分析

圖4 (b) GaN磊晶層RSM分析

 

圖5 (c) SiGe磊晶高解析光譜

圖6 (d) XRR分析HfOx薄膜厚度、密度與粗糙度

 

 

 

常見問題

Q1. XRD 樣品分析尺寸大小限制 ?

A. X光Beam size約為10 mm x 0.6 mm,建議樣品最小要有1cm x 1cm以上,最大可放置12吋晶圓不需要裂片就可以分析。

 

Q2. XRD 可以提供什麼樣的資訊 ?

A. XRD 除了可提供樣品結晶方向外,還可計算Grain Size、結晶度,並可搭配database量測組成比例。

 

Q3. 如欲分析多層薄膜厚度、粗糙度與密度可以做何種分析 ?

A. 可以利用XRR (薄膜X光反射) 進行非破壞性的多層膜分析。

     XRR是利用XRD反射圖譜經由curve fitting,可得到薄膜厚度、表面與介面的粗糙度,以及薄膜的電子密度等資訊。

 

Q4. XRR 分析樣品有何限制 ?

A. 各層膜厚需介於2nm~200nm之間,粗糙度的限制必須小於5nm,非晶質亦可分析。

 

Q5. 如欲分析 XRD 需提供那些資訊 ?

A. 1.分析目的  2.薄膜的厚度  3.薄膜的材料組成

     如果是未知材料,建議可以先使用EDX確認成分後再進行XRD分析。

 

 

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