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TECHNICAL ARTICLES晶材料裏的晶粒取向可用織構進行分析。有些情況下的晶粒取向例如晶麵相對於(yu) 樣品坐標的取向、兩(liang) 個(ge) 晶麵之間的夾角和矽片的斜切角等,不需要完整的織構分析,使用2D衍射圖像分析即可。
1、晶麵相對於(yu) 樣品坐標的取向
▲圖1:晶麵相對於(yu) 樣品坐標的取向
圖1是衍射斑點以及晶麵在樣品坐標中的取向示意圖。晶麵相對於(yu) 樣品坐標的取向可由圖中的徑向角和方位角
表示。其中:
h1 ,h2 和h3 分別為(wei) 晶麵法線方向單位矢量hs 在三個(ge) 樣品坐標方向S1, S2 和S3 的三個(ge) 組份。單位矢量hs 的三個(ge) 組份 能根據樣品取向(ω,ψ,Φ)和衍射角(2θ,γ) 由下式計算出來:
2、兩(liang) 個(ge) 晶麵的夾角
2D圖像中的任意衍射點對應衍射晶麵的法線方向由單位矢量hs表示。任意衍射點a 和b對應的單位矢量表示為(wei) :
和
那麽(me) 兩(liang) 個(ge) 單位矢量的夾角為(wei) :
該關(guan) 係式可用於(yu) 計算同一晶體(ti) 或不同晶體(ti) 兩(liang) 組晶麵的夾角,也可以計算薄膜和基底之間的晶麵夾角。當兩(liang) 個(ge) 衍射點位於(yu) 同一衍射環時,所有四個(ge) 參數(2θ, ω, ψ, φ)都相同,此時晶麵夾角可由兩(liang) 個(ge) 衍射點的γ角之差()計算出來:
3、單晶薄片的斜切角
單晶表麵與(yu) 晶麵(hkl)之間的夾角為(wei) 斜切角。例如,Si (111) 麵與(yu) Si片表麵之間的夾角稱為(wei) Si 片 (111)的斜切角。斜切角可由如圖2中的示意的二維X射線衍射的方法測試。在圖(a)中,晶麵ABCD 和晶體(ti) 表麵之間的夾角為(wei) 。入射X射線S0與(yu) 晶體(ti) 表麵的入射角為(wei)
。可在樣品繞著其表麵法線方向N連續旋轉
角時收集二維圖。當有斜切時,可在兩(liang) 個(ge)
角處滿足Bragg條件,如圖中所示的ABCD和 A'B'C'D'兩(liang) 個(ge) 位置。
▲測試斜切角: (a) 幾何; (b) 由兩(liang) 個(ge) 衍射點的2D圖像
圖2 (b)中的兩(liang) 個(ge) 衍射點分別對應衍射光束S1和S2。兩(liang) 個(ge) 衍射點之間的夾角可由2D圖像中通過
積分計算出來。兩(liang) 個(ge) 衍射矢量H1和H2代表晶麵在ABCD和 A'B'C'D'兩(liang) 個(ge) 位置的法線方向。斜切角
等於(yu) H1和 N, 或H2和N之間的夾角。在反射模式下:
當=
時, 該關(guan) 係式簡化為(wei) :
當單晶薄片沒有斜切時(=0),隻有一個(ge) 衍射點在衍射麵上(
=-90°)。衍射矢量在樣品法線方向。當
=
時滿足布拉格條件,而且
旋轉不會(hui) 改變Bragg條件。當有斜切時,
=
不滿足Bragg條件。隻有在
和
在一定條件時,X射線對晶麵的入射角為(wei) q時滿足Bragg條件。
角應該在
角附近,這樣
旋轉能使晶麵滿足Bragg條件。在完整360°
旋轉時,在不同的
角可以滿足兩(liang) 次Bragg條件。斜切角越大,兩(liang) 個(ge) 衍射點之間的分離(
)越大。
注:該部分內(nei) 容來自Bob He的第二版《Two-Dimensional X-rayDiffraction》
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