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高解析X光绕射分析仪 (HRXRD)

技术原理

Bruker Discover D8 为一多功能高解析X光绕射分析仪,除了基本的粉末绕射与薄膜低掠角绕射的分析功能外,还拥有三晶(triple-crystal)的高分辨解析器,可以针对单晶的薄膜进行结晶性分析,以及化合物的组成或浓度分析;还可以进行倒晶格空间分布(RSM)的分析,由此可以得到磊晶晶格排列堆叠是否有受到挤压的讯息。

 

对于大多数的薄膜应用可以进行多晶成份的相鉴定,或是单/多晶的结晶晶粒尺寸分析。

 

此外利用X光全反射的特性(X-Ray Reflection, XRR)可以进行多/单层薄膜样品的厚度、介面粗糙度与电子密度分析。

 

受限于X光的穿透力与反射特性,目前XRR的分析极限约在300nm的厚度内,粗糙度的限制必须小于5nm,非晶质亦可分析。

 

 

 

 

分析应用

  1. 三晶高解析绕射分析 (Triple Crystal HRXRD)
  2. 结晶性分析 (Crystallinity)
  3. 晶粒尺寸分析 (Grain Size)
  4. XRR分析多层薄膜厚度,粗糙度与密度
  5. 化合物薄膜之浓度分析
  6. 低掠角薄膜绕射分析 (GID)
  7. 粉末绕射分析 (Powder XRD)
  8. 晶体结构与相鉴定
  9. 晶格参数分析
  10. 氧化、腐蚀与薄膜镀层相鉴定
  11. RSM(Reciprocal Space Mapping)分析
  12. 磊晶分析

 

 

 

 

机台种类

图-1  Bruker Discover D8

 

 

 

 

应用实例

图-2 ITO 薄膜由PEAK FWHM可以估算晶粒尺寸

 

 

图-3 (a) GaN磊晶层厚度与组成分析

图-4 (b) GaN磊晶层RSM分析

 

图-5 (c) SiGe磊晶高解析光谱

图-6 (d) XRR分析HfOx薄膜厚度、密度与粗糙度

 

 

 

 

常见问题

Q1. XRD 样品分析尺寸大小限制 ?

A. X光Beam size约为10 mm x 0.6 mm,建议样品最小要有1cm x 1cm以上,最大可放置12吋晶圆不需要裂片就可以分析。

 

Q2. XRD 可以提供什么样的资讯 ?

A. XRD 除了可提供样品结晶方向外,还可计算Grain Size、结晶度,并可搭配database量测组成比例。

 

Q3. 如欲分析多层薄膜厚度、粗糙度与密度可以做何种分析 ?

A. 可以利用XRR (薄膜X光反射) 进行非破坏性的多层膜分析。

XRR是利用XRD反射图谱经由curve fitting,可得到薄膜厚度、表面与介面的粗糙度,以及薄膜的电子密度等资讯。

 

Q4. XRR 分析样品有何限制 ?

A. 各层膜厚需介于2nm~200nm之间,粗糙度的限制必须小于5nm,非晶质亦可分析。

 

Q5. 如欲分析 XRD 需提供那些资讯 ?

A. 1.分析目的  2.薄膜的厚度  3.薄膜的材料组成

如果是未知材料,建议可以先使用EDX确认成分后再进行XRD分析。

 

 

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