薄膜X線回折(XRD) X-ray Diffraction (XRD) for Thin-Film

薄膜X線回折は、数nmレベルの薄膜の結晶構造同定に加え、X線反射率測定による多層膜の膜密度・膜厚・粗さの解析も可能です。

特徴

薄膜X線回折では、平行性の良いX線を試料に極浅い角度で入射させることで、X線の侵入深さを極めて浅くすることができ、In-Plane XRDによる薄膜の結晶性評価や、XRRによる薄膜の物性測定ができます。

XRR: X-ray Reflectometry (X線反射率測定)

  • In-Plane XRD(面内回転測定)
    数nmレベルの結晶性薄膜の評価
  • XRR(X線反射率測定)
    膜密度・膜厚・(表面・界面)粗さの評価

一般的な薄膜法(θ固定2θ走査)も対応

薄膜X線回折装置(XRD)
XRD装置外観

  • X線源
    • Cu 45 kV・200 mA
  • 光学系
    • 多層膜ミラー
    • 4結晶モノクロメータ
    • アナライザ結晶
  • 検出器
    • 0次元・1次元検出器

In-Plane XRD

試料表面に対して全反射条件となるX線入射角近傍で面内方向に2θχ/φ走査することで、数nmの極薄膜でも高感度で回折線を検出します。
(試料表面に垂直な結晶面からの検出)

薄膜X線回折装置(XRD)
通常のXRD
(Out of Plane XRD)

In-Plane XRD法
In-Plane XRD

HfO2 10nm/Si 基板のIn-PlanXRD測定例
HfO2 10nm/Si基板のIn-PlanXRD測定例

XRR

X線を極低角で入射する場合、屈折率は1よりもわずかに小さい(θ0>θ)ため、屈折の効果が大きくなり全反射が生じます。全反射条件近傍の測定で、X線反射率を求めることができます。

  • 薄膜の密度(全反射が終わる角度)
  • 膜厚(振動幅)
  • 表面粗さ(X線反射強度の減衰率変化)

In-Plane XRD

HfO2 10nm/Si基板の反射率測定例
HfO2 10nm/Si基板のXRR測定例

関連情報

[更新日:2021/03/26]

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