布魯克X射線部門 朱性齊

薄膜是器件的一種表現(xiàn)形式。多晶薄膜宏觀應(yīng)力的測試需求越來越多。下面總結(jié)了兩種多晶薄膜的宏觀應(yīng)力測試方法。

一、薄膜應(yīng)力測試方法一

通過掠入射X射線衍射(GID)的方法獲得5個(gè)以上衍射峰的峰位置，然后以應(yīng)變strain為縱軸，以sin2ψ為橫軸，使用Leptos軟件擬合后得到應(yīng)力值。這種測試方法對儀器硬件的要求是可以滿足GID測試即可（次級光路有一個(gè)赤道索拉+探測器具有0維模式即可滿足，主光路使用發(fā)散狹縫或者Goebel鏡均可）。

以Fe基底上的TiCrN鍍層為例，使用配置Cu靶的D8 ADVANCE衍射儀進(jìn)行GID測試，分別得到TiCrN鍍層的(200)，（220），（311），（222）和（422）完整衍射峰。如圖1所示：

▲圖1：TiCrN鍍層的(200)，（220），（311），（222）和（422）衍射峰。

然后，在Leptos軟件中以應(yīng)變strain為縱軸，以sin2ψ為橫軸，擬合后得到應(yīng)力值。其中ψ為每個(gè)衍射峰的衍射矢量與基底法線之間的夾角。如下圖2所示：

▲圖2：TiCrN鍍層應(yīng)力在Leptos軟件中的擬合結(jié)果。

二、薄膜應(yīng)力測試方法二

第二種測試薄膜應(yīng)力的方法是掠入射+側(cè)傾法相結(jié)合來完成的。需要使用點(diǎn)光源和尤拉環(huán)樣品臺(tái)，結(jié)合長索拉和探測器的0維模式進(jìn)行樣品的測試。這種測試方法只測試某一個(gè)特定的衍射峰，在尤拉環(huán)傾斜不同的ψ角的情況下通過GID的方法測試該衍射峰的完整譜圖。如下圖3所示：

▲圖3：上圖：不同尤拉環(huán)傾斜角ψ角下測試的衍射峰。下圖：根據(jù)衍射峰位置隨ψ角變化擬合得到應(yīng)力值。

三、兩種方法適用場景

對比以上兩種測試方法，第一種測試方法對硬件要求比較低，適合測試衍射峰比較多的薄膜樣品。第二種測試方法要求配置點(diǎn)光源功能+尤拉環(huán)，當(dāng)薄膜的衍射峰較少時(shí)可以選擇第二種方法。

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