摘要

本文介紹了利用X射線衍射方法測(cè)量薄膜晶體沿襯底生長(zhǎng)的錯(cuò)配角，可以推廣測(cè)量單晶體的晶帶軸與單晶體表面之間的夾角，為單晶體沿某晶帶軸切割提供依據(jù)。

對(duì)于特定取向的平直外延薄膜可直接進(jìn)行其θ-2θ聯(lián)動(dòng)掃描，而在斜切襯底上生長(zhǎng)的外延薄膜，則需預(yù)先將樣品的宏觀表面繞ω旋轉(zhuǎn)一傾斜角度α，使傾斜后晶面滿(mǎn)足布拉格方程（入射角=反射角），測(cè)量空間幾何示意圖如1所示和圖2所示。在圖2中晶面AB與晶面MN之間和夾角α，ON1和ON2分別是晶面AB與晶面MN的法線，R1、R2分別是X光入射線，F(xiàn)1、F2分別是對(duì)應(yīng)的X光反射線；其中:

運(yùn)用TD-3500型衍射儀測(cè)量步驟如下：

1，查外延生長(zhǎng)晶體的標(biāo)準(zhǔn)衍射卡片，找出最強(qiáng)衍射峰的理論θ0角。

2，把θd軸(即帶探測(cè)器的軸，有的也叫2θ軸）固定在θ0-預(yù)估的傾斜角α位置即θ0-α，θs軸(即帶光源的軸)單動(dòng)，θs軸單動(dòng)范圍是θ0±15°，測(cè)出衍射峰最強(qiáng)位置θs1。

3，把θs軸固定在θs1位置，θd軸單動(dòng)，θd軸單動(dòng)范圍是θ0±15°(假定傾斜角在15°以?xún)?nèi)），測(cè)出衍射峰最強(qiáng)位置θd1。

4，把θs軸固定在θs1位置，θd軸單動(dòng)，θd軸單動(dòng)范圍是θd1±3°（因?yàn)榧赫业溅萪的具體位置），測(cè)出衍射峰最強(qiáng)位置θd2。

5，把θd軸固定在θd2位置，θs軸單動(dòng)，θs軸單動(dòng)范圍是θs1±3°，測(cè)出衍射峰最強(qiáng)位置θs2。

6，如此多次反復(fù)測(cè)量，直到前后測(cè)量?jī)蓚€(gè)θs、或前后測(cè)量的兩個(gè)θd值相差小于0.02°。

7，計(jì)算傾斜角。

換成另外一種的描述如下：2θ軸固定薄膜/襯底的某衍射強(qiáng)度較高、衍射角適中的晶面的2θ角處，發(fā)射器沿傾斜方向做作θ掃描(θ軸單動(dòng)），發(fā)射器固定在剛才測(cè)得θ角，探測(cè)器作2θ掃描(2θ單動(dòng))，測(cè)得一個(gè)2θ的實(shí)驗(yàn)值，經(jīng)多次重復(fù)逼近使θ、2θ掃描的峰值位置和衍射強(qiáng)度復(fù)不變，此時(shí)根據(jù)幾何關(guān)系求解薄膜/襯底晶面相對(duì)樣品宏觀表面的實(shí)際傾角α，由此可獲得薄膜、襯底的實(shí)際傾斜角差以評(píng)價(jià)其外延性。之后可將offset設(shè)置為薄膜/襯底的實(shí)際傾角α進(jìn)行θ-2θ聯(lián)動(dòng)掃描。

圖1 傾斜薄膜XRD測(cè)量幾何示意圖

圖 2 晶面傾斜衍射光路示意圖

YBa2Cu3O7-δ /SrTiO3 (001)在沒(méi)有傾斜時(shí)的正常衍射花樣如圖3所示。正常SrTiO3襯底的(002)晶面的衍射花樣如圖4所示。

以SrTiO3 (002) 5°傾斜襯底為例，由圖4可知SrTiO3(002)晶面衍射角2θ為46.42°，固定θd軸（帶探測(cè)器的軸），即θd=2θ/2-α=18.21°，首先進(jìn)行θs掃描,獲得衍射峰最強(qiáng)時(shí)的θs值，然后固定θs軸，進(jìn)行θd掃描。衍射結(jié)果見(jiàn)圖5所示。經(jīng)反復(fù)測(cè)量逼近，SrTiO3(002)晶面的θs掃描和θd掃描的峰值位置分別為28.12°和18.20°。根據(jù)TD-3500型衍射儀幾何關(guān)系傾斜角α=（θs-θd）/2=4.96°。