X射线双晶衍射技术的发展及应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第200210年卷7第月7期大学物理V01．20No．7CoLLEGEPHYSICSJuly．2001X射线双晶衍射技术的发展及应用王浩，廖常俊，范广涵(华南师范大学量子电子学研究所，广东广州510631)擅耍：简要介绍了x射线双晶衍射技术的原理；描述了双晶衍射技术的发展与演化．文中简要讲述了多晶衍射技术的应用范围及应用多晶衍射仪所能做的工作．关t词：双晶衍射；回摆曲线；倒易空间图；反射率曲线中圈分类号：TG115．23文献标识码：A1前言20世纪50年代中期以来，由于半导体、

2、激光、红外、磁泡等科学技术的兴起，高质量的近完整晶体能被大量地制备．以半导体超晶格、量子阱、量子线、量子点为典型代表的低维半导体结构自1969年提出超晶格概念以来，经历了20多年的发展，已成为凝聚态物理最活跃的新增长点和最富有生命力的重要前沿领域之一．而晶体的生长质量、完美程度将决定晶体的性质．因此在进行以上的研究时，探测近完整晶体的缺陷，进而控制和提高晶体生长和加工质量的实验方法，例如x射线貌相术，金相腐蚀坑法，偏光、干涉显微镜法。红外缀饰法，扫描及透视显微镜方法等也随之发展起来．以上的种种方法之中，X射线貌相术具有不损伤

3、样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点，因而成为研究近完整晶体中缺陷的一种很有效的手段．尤其是对使用各种外延方法得到的近完整晶体，采用X射线貌相术的双晶衍射方法进行分析、测试，可以获得外延层的晶体学数据。外延层的成分、质量以及与衬底间界面的状况。晶片的弯曲状态等等的数据或信息．更由于X射线测量的完全非破坏性，使得x射线衍射方法成为必要的和不可替代的手段．2基本原理固体物质大体上分为两类：晶体和非晶体．两者的基本区别就在于它们的内部结构是否具有规律性．X收稿日期：2000一O5—24作者筒介：王浩

4、(1974一)，男，内蒙古赤峰人，华南师范大学量子电子学研究所助教，硕士。主要从事半导体物理方面的科研工作维普资讯http://www.cqvip.com第7期王浩等：X射线双晶衍射技术的发展及应用31数倍。即研究、检测这些晶体材料的完整性．现在，双晶X射线，=2dsin衍射技术已成为近代光电子材料及器件研制的必备测该式即为布拉格衍射方程，式中n为几何数，数值上等量仪器．以双晶衍射技术为基础而发展起来的四晶及于相邻晶面的光程差(波长)；d为晶体的衍射面间距。五晶衍射技术，已成为近代X射线衍射技术取得突出亦即晶格常量；为布拉格

5、角，即人射线与衍射面的夹成就的标志．角．我们知道，布拉格定律的表达式为：由于每种晶体的晶格常量各不相同，由此我们可2dsin=nA以用来检测不同晶体，目前应用广泛的粉末衍射仪就当X射线的波长不变时，通过对上式进行微分，可以得是基于此理论工作的．普通X射线管发出的X射线。其到下式：波长是连续的，也叫白色X射线．如图2所示．Adsin+dcos·△=0△=一tan·Ad由此可见，当晶体中某一区域的反射面面间距d发生了Ad的变化时，布拉格角也相应发生△的变化；当晶体中存在宏观的弹性应变或位错等晶体缺陷时。X射线衍射角度也在一定大小

6、范围内发生变化。于是除瑙引起X射线回摆曲线半峰宽增加外，还使人射角为布拉格角的人射线的反射本领降低。从而降低了衍射峰曝的强度．3双晶衍射技术的发展在分析过程中，通常应用K作为双晶衍射的射线源．双晶衍射仪的构造如图3．根据布拉格公式可知，当波长一束X射线照射到一个晶体A(也叫参考晶体)表面图2X射线强度与波长曲线时，只要符合条件的某一波长的x射线能够在很小的角度范围内被反射。便可以得到近单色的并受到偏振在粉末衍射仪中。使用滤波片滤掉其它波长，只留化的窄反射线束o，o．如果在如图3所示的位置加上下K(Kd包括K。和l，它们的波长

7、非常接近，通常适当的光阑。则可以得到近乎准值的x射线束．把此x射线作为第二晶体B的人射线束。第二晶体和计数管只差0．01A左右)．应用适当仪器对衍射线进行检测，Q在衍射位置附近分别以△及A(20)角度摆动(如果这就是粉末衍射仪的简单工作过程．△摆动幅度不大时。则将计数管固定在2的位置，但目前粉末衍射仪在分析检测晶体方面得到了广泛移走前面的光阑)。就形成通常的双晶衍射仪．的应用，在化学、冶金、材料等研究领域应用于晶体结构测定．但是。粉末衍射仪在分析近完整晶体时，遇到了问题．在通常的近完整晶体中，缺陷、畸变等体现在X射线谱中只有

8、几十弧秒，半导体材料进行外延生长要求晶格失配要达到10。‘或更小．为了提高器件的性能或增强超晶格材料的非线性光学性质。通常采用应力超晶格或应变量子阱结构，需要在材料生长中就引人可图3(，一)型双晶衍射示意图定量控翻的微小应力或应压力．对此类微应变的测量的要求，推动了X射线双晶衍射技术的迅速