利用X射线衍射对晶体进行测试的方法技术

一种利用X射线衍射对晶体进行测试的方法，所述晶体包括单晶衬底、在单晶衬底上生长的至少一层晶格失配材料。所述方法先扫描出样品的倒易空间图，根据倒易空间图，计算出ω轴与2θ轴之间的运动速度比1∶n；然后对测试样品采用ω轴与2θ轴以1∶n的速度比联动的方式进行扫描，根据得到的扫描曲线，计算所述至少一层晶格失配材料的晶面间距。本方法与RSM相比，可以快速测量晶格失配材料的晶格常数，可以将速度提高20倍，而测量精度与RSM接近。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用X射线衍射(XRD)对晶体进行测试的方法，尤其涉及一种利用X射线衍射(XRD)对单晶衬底上生长的晶格失配材料进行测试的方法。
技术介绍
X射线衍射是一种常用的对晶体进行分析测试的方法，通过分析晶体的X射线衍射图谱，可以获得晶体的晶格常数、组分、厚度、应变、应力、弛豫度等信息。已知两种用于晶体X射线衍射测试的扫描方式。一种为ω-2θ扫描方式,其中，ω轴与2Θ轴以I : 2的速度比联动，ω轴对应X射线入射的方向，2 Θ轴对应衍射线的方向。通过ω-2θ扫描得到ω-2θ曲线，用于样品分析。另一种扫描方式为倒易空间图 (Reciprocal Space Maps,简称RSM)扫描，是将<^rel扫描(即摇摆曲线扫描)与ω-2 Θ扫描相结合的扫描方式，扫描后得到倒易空间图(RSM图)，用于样品分析。采用ω-2θ扫描测试速度快，但是对包含多层材料的晶体样品进行测试时，各层的对应晶面必须平行，如果各层的对应晶面不平行，则采用ω-2θ扫描不能够得到各层材料的衍射峰，因此无法用该方式扫描。采用RSM扫描得到的RSM图包含的信息量大，可以反映出材料的晶面间距、弛豫度、倾斜度等信息，准确地反映了样品中的细微结构变化，是一种理想的样品测量方式，但是该扫描方式费时，获得准确的样品信息需要进行很多次的ω-2 Θ扫描，测试每个样品需要数个甚至数十个小时，如果各层材料的倾角、晶格常数相差比较大时，则所需时间更长。当在单晶衬底上生长与衬底晶格不匹配的材料(称为晶格失配材料)时，特别是当在单晶衬底上生长的材料与衬底的晶格常数相差较大(一般称为大失配材料)时，为了降低材料中的缺陷，通常在单晶衬底和大失配材料之间生长多层过渡薄膜，各层薄膜的晶格常数从单晶衬底的晶格常数逐渐变化到接近大失配材料的晶格常数，各层薄膜和大失配材料的晶面与衬底的对应晶面之间不平行，存在一定的倾角。此时，当对多层材料进行XRD测试时，如上所述，按照传统的方法，只能使用倒易空间图(RSM)扫描，而不能使用ω-2θ扫描。但是，如前所述，倒易空间图(RSM)扫描费时，如果将昂贵的XRD设备用于RSM测量，则每天只能测试几个样品，如此低的工作效率必然使得单个样品的测试成本增加，导致很多研究人员不能利用RSM来进行测量。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种利用X射线衍射(XRD)对晶体进行快速测试的方法。根据本专利技术的第一方面，提出一种利用X射线衍射对晶体进行测试的方法，所述晶体包括单晶衬底、在单晶衬底上生长的至少一层晶格失配材料，所述方法包括以下步骤a)对于同批次生产的多个同种晶体样品进行测试时，对首个样品进行倒易空间图RSM扫描，根据扫描得到的RSM图，计算ω轴与2 Θ轴之间的运动速度比I : η ;b)对于其余每个样品，采用ω轴与2 Θ轴以I : n的速度比联动的方式进行扫描，根据得到的扫描曲线，计算所述至少一层晶格失配材料的晶面间距。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤a)中，在RSM图中，根据ω轴和2 Θ轴实际转动的角度比，采用如下公式计算ω轴与2 Θ轴之间的运动速度比I : η :Δω = Δ ω 1+Δ ω2Δ 2 θ =2*Δω2η = Δ2 θ /Δ ω其中Λ ω是ω轴实际转动角度的变化，Λ2 Θ是2 Θ轴实际转动角度的变化， Δ ωI是晶格失配材料的晶面与衬底的对应晶面之间的夹角，Λ ω 2是布拉格角的变化。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤b)中，对于每个样品，将得到的扫描曲线的横坐标乘以n/2，经过换算得到ω-2θ曲线，根据ω-2 Θ曲线中各层晶格失配材料的衍射峰与衬底衍射峰之间的间距，由衬底的布拉格角计算出各层晶格失配材料的布拉格角，从而由布拉格公式计算出各层晶格失配材料的晶面间距。根据本专利技术的一个实施例，首先对样品的对称面实施步骤a)和步骤b)，得到各层晶格失配材料的对称面的晶面间距；然后对样品的非对称面实施步骤a)和步骤b)，得到各层晶格失配材料的非对称面的晶面间距，最后根据各层晶格失配材料的对称面的晶面间距和非对称面的晶面间距，计算各层晶格失配材料的垂直及水平方向的晶格常数。根据本专利技术的一个实施例，所述至少一层晶格失配材料包括多层晶格失配材料，所述多层晶格失配材料的晶格常数相对于单晶衬底的晶格常数逐渐变化。根据本专利技术的一个实施例，所述晶体还包括在所述至少一层晶格失配材料中的最后一层晶格失配材料上生长的至少一层完全应变材料，所述方法还包括以下步骤c)对于每个样品，根据在步骤b)中得到的扫描曲线中的最后一层晶格失配材料的衍射峰的位置，将ω轴移动到对应最后一层晶格失配材料的衍射峰的位置，采用ω轴与2Θ轴以I : 2的速度比联动的方式进行扫描，根据得到的ω-2 Θ扫描曲线中各层完全应变材料的衍射峰与所述最后一层晶格失配材料的衍射峰之间的间距，由最后一层晶格失配材料的布拉格角计算出各层完全应变材料的布拉格角，从而由布拉格公式计算出各层完全应变材料的晶面间距。本专利技术的第一方面具有以下优点对于同批次生产的生长参数相同的样品，只需要对首个样品进行精细RSM扫描，对于其余的样品，不需进行费时的RSM扫描，而是根据首个样品的RSM图，获得ω轴与2Θ轴之间的运动速度比I : η，采用ω轴与2 Θ轴以I : η的速度比联动的方式进行ω-2 Θ扫描，只需要扫描一次ω-2θ曲线，即可测出晶格失配材料的晶面间距，提高了后续样品测试速度。根据本专利技术的第二方面，提出一种利用X射线衍射对单个晶体进行测试的方法，所述晶体包括单晶衬底、在单晶衬底上生长的至少一层晶格失配材料，所述方法包括以下步骤a)对晶体样品进行粗略倒易空间图RSM扫描，根据扫描得到的RSM图，计算ω轴与2Θ轴之间的运动速度比I : η; b)对同一个样品，采用ω轴与2 Θ轴以I : n的速度比联动的方式进行扫描，根据得到的扫描曲线，计算所述至少一层晶格失配材料的晶面间距。 根据本专利技术的一个实施例，在步骤a)中，对晶体样品进行粗略倒易空间图RSM扫描采用100-300弧秒的步长。优选采用150-250弧秒的步长。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤a)中，在RSM图中，根据ω轴和2 Θ轴实际转动的角度比，采用如下公式计算ω轴与2 Θ轴之间的运动速度比I : η :Δω = Δ ω 1+Δ ω2Δ 2 θ =2*Δω2η = Δ2 θ /Δ ω其中Λ ω是ω轴实际转动角度的变化，Λ2 Θ是2 Θ轴实际转动角度的变化，Δ ωI是晶格失配材料的晶面与衬底晶面之间的夹角，Λ ω 2是布拉格角的变化。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤b)中，将得到的扫描曲线的横坐标乘以n/2，经过换算得到ω-2 Θ曲线，根据ω-2 Θ曲线中各层晶格失配材料的衍射峰与衬底衍射峰之间的间距，由衬底的布拉格角计算出各层晶格失配材料的布拉格角，从而由布拉格公式计算出各层晶格失配材料的晶面间距。本专利技术的第二方面具有以下优点对于单个样品，采用大步长进行粗略RSM扫描，得到RSM图，根据粗略扫描得到的RSM图，获得ω轴与2 Θ轴之间的运动速度比I : η，然后采用ω轴与2 Θ轴以I : η的速度比联动的方式对同一样品进行ω-2 Θ扫描，根据得到的ω-2 Θ曲线，测出晶格失配材料的晶面间距。由于采用大步长进行粗略RS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用X射线衍射对晶体进行测试的方法，所述晶体包括单晶衬底、在单晶衬底上生长的至少一层晶格失配材料，所述方法包括以下步骤：a)对于同批次生产的多个同种晶体样品进行测试时，对首个样品进行倒易空间图RSM扫描，根据扫描得到的RSM图，计算ω轴与2θ轴之间的运动速度比1∶n；b)对于其余每个样品，采用ω轴与2θ轴以1∶n的速度比联动的方式进行扫描，根据得到的扫描曲线，计算所述至少一层晶格失配材料的晶面间距。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志猛，孙超，魏郝然，王伟明，宋红，
申请(专利权)人：国电科技环保集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：