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X 光薄膜分析技術

X 光薄膜分析技術. 近年來電子科技快速發展各類電子零件朝向 : 高密度、高速度、高功能以及元件微小化等 。 薄膜技術則扮演很重要的角色。 薄膜技術使原本三度空間的塊體元件 ，縮減到二度空間平面上，使得減少儀器設備的體積 。 以下將常應用於薄膜分析之 X 光技術逐一做簡單之介紹 : 1 、 掠角 X 光入射法 2 、 X 光反射率. 近年來，有兩種利用掠角 X 光入射法的 X 光繞射測量，被用來作為薄膜分析的方法 : 1 、 掠角 X 光繞射法 (GID) 。 2 、 外全反射繞射法 (TERD) 。 掠角 X 光繞射法 (GID):

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X 光薄膜分析技術

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  1. X光薄膜分析技術

  2. 近年來電子科技快速發展各類電子零件朝向: • 高密度、高速度、高功能以及元件微小化等。 • 薄膜技術則扮演很重要的角色。 • 薄膜技術使原本三度空間的塊體元件，縮減到二度空間平面上，使得減少儀器設備的體積。 • 以下將常應用於薄膜分析之X光技術逐一做簡單之介紹: 1、掠角X光入射法 2、X光反射率

  3. 近年來，有兩種利用掠角X光入射法的X光繞射測量，被用來作為薄膜分析的方法:近年來，有兩種利用掠角X光入射法的X光繞射測量，被用來作為薄膜分析的方法: 1、掠角X光繞射法(GID)。 2、外全反射繞射法(TERD)。 • 掠角X光繞射法(GID): • 通常應用於多晶結構的薄膜分析。 • 外全反射繞射法(TERD): • 利用X光全反射現象。 • 分析與薄膜表面垂直之晶面的結構。 • 常用於磊晶或具有高度優選方位之薄膜結構分析。

  4. 掠角X光繞射法(GID) 掠角X光繞射法的幾何關係示意圖

  5. 掠角X光繞射法之西蒙-鮑林繞射裝置示意圖

  6. 利用一般粉末繞射儀做掠角X光繞射的示意圖 • 上圖方法會降低繞射儀的解析能力但主要優點為: • 測試方式簡便、操作容易。 • 不需要更改一般繞射儀的設計，或添加新的配置。

  7. 應用範例 • 下圖是利用掠角X光繞射分析PMNT/Pt/Ti/Si薄膜鍍層之繞射結果 • 其中PMNT為 化合物的簡稱。 • 由圖可看出隨著入射角的改變，其X光繞射訊號有明顯的差異。

  8. PMNT薄膜之掠角X繞射圖形，入射角分別為(a) (b) (c) (d) (e) (f)

  9. 掠角X光繞射法: • 研究多晶性表面薄膜分析方式，為有利的分析方法。 • 但對於磊晶或具有高度優選方位之薄膜受到限制。 • 磊晶跟優選方位的薄膜都類似單晶結構，在以多晶特性為繞射條件下，不易進行分析工作。

  10. 外全反射繞射法(TERD) • 傳統繞射方式，卻只能分析薄膜中與表面（界面）平行的晶面結構。 • 薄膜成長時，與基材之間的結構關係，主要是表現在薄膜與介面垂直的晶面排列情形。 • 以傳統的Ｘ光繞射方式是無法獲悉這方面的訊息，故又發展出所謂的外全反射繞射法(TERD) 。

  11. 外全反射繞射法繞射示意圖

  12. 應用範例 • 下圖為鎳酸鑭（ＬＮＯ）薄膜利用ｒｆ磁控方式濺鍍於Ｓｉ晶基板上。 • 分別利用傳統的Ｘ光繞射及外全反射繞射法所測量所得之Ｘ光繞射譜圖。

  13. 鎳酸鑭薄膜利用ｒｆ磁控方式濺鍍於Ｓｉ晶基板上鎳酸鑭薄膜利用ｒｆ磁控方式濺鍍於Ｓｉ晶基板上 （ａ）傳統的Ｘ光繞射（ｂ）外全反射繞射法

  14. Ｘ光反射率 • 當Ｘ光在一非常小的入射角時會被固體物質表面完全反射。 • 在臨界角以上時，Ｘ光反射率下降的很迅速。 • 當表層或界面具有一些粗糙度時，Ｘ光反射率則下降得更快。

  15. Ｓｉ基板在不同表變粗糙度下其理論計算之Ｘ光反射率取線圖Ｓｉ基板在不同表變粗糙度下其理論計算之Ｘ光反射率取線圖

  16. Ｓｉ基板上生長不同薄膜的理論計算之Ｘ光反射率曲線Ｓｉ基板上生長不同薄膜的理論計算之Ｘ光反射率曲線

  17. 應用範例 　基板溫度為　　，不同濺鍍時間之ＬＮＯ薄膜的Ｘ光反射率曲線

  18. 結語 • 薄膜材料應用廣泛性質要求日益嚴格，在製造過程如能精確的控制薄膜成長條件，以保持薄膜性質的穩定與可靠，成為薄膜製程努力的目標。 • 由於Ｘ光分析的條件較不受環境之影響，可以在各種不同環境下進行測試工作。同時結合同步輻射技術的發展與應用，使得Ｘ光分析測試的應用，成為薄膜結構分析方面，不可或缺的一環。

  19. Thank you

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