Be薄膜应力的X射线掠入射侧倾法分析

李佳; 房奇; 罗炳池; 周民杰; 李恺; 吴卫东

doi:10.7498/aps.62.140701

摘要

由于铍薄膜极易被X射线穿透, 传统的几何模式下很难获得有效的X射线衍射应力分析结果. 本文采用掠入射侧倾法分析SiO2基底上Be薄膜残余应力, 相比其他衍射几何方法, 提高了衍射的信噪比, 获得的薄膜应力拟合曲线线形较好. 对Be薄膜的不同晶面分析, 残余应力结果相同, 表明其力学性质各向同性; 利用不同掠入射角下X射线的穿透深度不同, 获得应力在深度方向上的分布; 由薄膜面内不同方向的残余应力相同, 确定薄膜处于等双轴应力状态.

关键词:

Be薄膜 /
X射线衍射 /
应力

Abstract

Measurements of residual stress in beryllium thin film under standard Bragg-Brentano geometry are always problematic. In this article, a new experimental method using grazing- incidence X-ray diffraction is presented according to the convential sin2Ψ method, which effectively increases the signal-to-noise ratio. Analysis shows that the assumption (isotropic material) is logical, because the values of stress results from the three families of planes are camparable. The stress gradient can be measured at diffrenent grazing incidence angles. The results indicate the uniformity of the residual stress of the thin film along various Φ directions.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 绵阳 621900;

2.
等离子体物理重点实验室, 绵阳 621900

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11204280)和等离子体物理重点实验室基金(批准号: 9140C6805020907)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China;

2.
Science and Technology on Plsama Physics Laboratory, Mianyang 621900, China

Funds: Project supported by National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11204280) and the Science and Technology on Plasma Physics Laboratory, China (Grant No. 9140C6805020907).

参考文献

[1]	Montgomery D S, Nobile A, Walsh P J 2004 Rev. Sci. Instrum. 75 3986
[2]	Davydov D A, Kholopova O V, Kolbasov B N 2007 J. Nucl. Mater. 367 1079
[3]	Swift D C, Tierney T E, Luo S N 2005 Phys. Plasmas 12 056308
[4]	Kádas K, Vitos L, Johansson B 2007 Phys. Rev. B 75 035132
[5]	Di Y X, Ji X H, Hu M, Qin Y W, Chen J L 2006 Acta Phys. Sin. 43 5451 (in Chinese) [邸玉贤, 计欣华, 胡明, 秦玉文, 陈金龙 2006 43 5451]
[6]	Xu K W, Gao R S, Yu L G, He J W 1994 Acta Phys. Sin. 43 1295 (in Chinese) [徐可为, 高润生, 于莉根, 何家文 1994 43 1295]
[7]	Freund L B, Suresh S 2007 Thin Film Materials: Stress, Defect, Formation, and Surface Evolution (Beijing: Science Press) pp145, 264 (in Chinese) [Freund L B, Suresh S 2007薄膜材料–-应力、缺陷的形成和表面演化 (北京: 科学出版社)第145, 264页]
[8]	Doerner M F, Nix W D 1988 CRC Crit. Rev. Solid. State. Mater. Sci. 14 225
[9]	Kong D J, Zhang Y K, Chen Z G, Lu J Z, Feng A X, Ren X D, Ge T 2007 Acta Phys. Sin. 56 4056 (in Chinese) [孔德军, 张永康, 陈志刚, 鲁金忠, 冯爱新, 任旭东, 葛涛 2007 56 4056]
[10]	Conchon F, Renault P O, Bourhis E L, Krauss C, Goudeau P, Barthel E, Grachev S Y, Soudergard E, Rondeau V, Gy R, Lazzari R, Jupille J, Brun N 2010 Thin Solid Film 519 1563
[11]	Birkholz M 2006 Thin Film Analysis by X-ray Scattering (Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KgaA) pp253, 276
[12]	Peng J, Ji V, Seiler W, Tomescu A, Levesque A, Bouteville A 2006 Surf. Coat. Technol. 200 2738
[13]	Ma C H, Huang J H, Chen H 2002 Thin Solid Film 418 73
[14]	Bruker 2009 Diffrac Leptos 7 User Manual (Karlsruhe: Bruker AXS Gmbh) pp66-77
[15]	Sun B, Kang C Y, Li R P, Liu Z L, Tang J, Xu P S, Pan G Q 2009 Nuclear Techniq. 32 492 (in Chinese) [孙柏, 康朝阳, 李锐鹏, 刘忠良, 唐军, 徐彭寿, 潘国强 2009 核技术 32 492]
[16]	Dong P, Chen Y Z, Bai C M 2004 Rare Metal Materials and Engineering 33 445 (in Chinese) [董平, 陈勇忠, 柏朝茂 2004 稀有金属材料与工程 33 445]

施引文献

[1]	Montgomery D S, Nobile A, Walsh P J 2004 Rev. Sci. Instrum. 75 3986
[2]	Davydov D A, Kholopova O V, Kolbasov B N 2007 J. Nucl. Mater. 367 1079
[3]	Swift D C, Tierney T E, Luo S N 2005 Phys. Plasmas 12 056308
[4]	Kádas K, Vitos L, Johansson B 2007 Phys. Rev. B 75 035132
[5]	Di Y X, Ji X H, Hu M, Qin Y W, Chen J L 2006 Acta Phys. Sin. 43 5451 (in Chinese) [邸玉贤, 计欣华, 胡明, 秦玉文, 陈金龙 2006 43 5451]
[6]	Xu K W, Gao R S, Yu L G, He J W 1994 Acta Phys. Sin. 43 1295 (in Chinese) [徐可为, 高润生, 于莉根, 何家文 1994 43 1295]
[7]	Freund L B, Suresh S 2007 Thin Film Materials: Stress, Defect, Formation, and Surface Evolution (Beijing: Science Press) pp145, 264 (in Chinese) [Freund L B, Suresh S 2007薄膜材料–-应力、缺陷的形成和表面演化 (北京: 科学出版社)第145, 264页]
[8]	Doerner M F, Nix W D 1988 CRC Crit. Rev. Solid. State. Mater. Sci. 14 225
[9]	Kong D J, Zhang Y K, Chen Z G, Lu J Z, Feng A X, Ren X D, Ge T 2007 Acta Phys. Sin. 56 4056 (in Chinese) [孔德军, 张永康, 陈志刚, 鲁金忠, 冯爱新, 任旭东, 葛涛 2007 56 4056]
[10]	Conchon F, Renault P O, Bourhis E L, Krauss C, Goudeau P, Barthel E, Grachev S Y, Soudergard E, Rondeau V, Gy R, Lazzari R, Jupille J, Brun N 2010 Thin Solid Film 519 1563
[11]	Birkholz M 2006 Thin Film Analysis by X-ray Scattering (Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KgaA) pp253, 276
[12]	Peng J, Ji V, Seiler W, Tomescu A, Levesque A, Bouteville A 2006 Surf. Coat. Technol. 200 2738
[13]	Ma C H, Huang J H, Chen H 2002 Thin Solid Film 418 73
[14]	Bruker 2009 Diffrac Leptos 7 User Manual (Karlsruhe: Bruker AXS Gmbh) pp66-77
[15]	Sun B, Kang C Y, Li R P, Liu Z L, Tang J, Xu P S, Pan G Q 2009 Nuclear Techniq. 32 492 (in Chinese) [孙柏, 康朝阳, 李锐鹏, 刘忠良, 唐军, 徐彭寿, 潘国强 2009 核技术 32 492]
[16]	Dong P, Chen Y Z, Bai C M 2004 Rare Metal Materials and Engineering 33 445 (in Chinese) [董平, 陈勇忠, 柏朝茂 2004 稀有金属材料与工程 33 445]

[1]	邢海英, 郑智健, 张子涵, 吴文静, 郭志英. 应力调控BlueP/X Te₂ (X = Mo, W)范德瓦耳斯异质结电子结构及光学性质理论研究. , 2021, 70(6): 067101. doi: 10.7498/aps.70.20201728
[2]	黄浩, 张侃, 吴明, 李虎, 王敏涓, 张书铭, 陈建宏, 文懋. SiC纤维增强Ti17合金复合材料轴向残余应力的拉曼光谱和X射线衍射法对比研究. , 2018, 67(19): 197203. doi: 10.7498/aps.67.20181157
[3]	张金帅, 黄秋实, 蒋励, 齐润泽, 杨洋, 王风丽, 张众, 王占山. 低温退火的X射线W/Si多层膜应力和结构性能. , 2016, 65(8): 086101. doi: 10.7498/aps.65.086101
[4]	潘惠平, 成枫锋, 李琳, 洪瑞华, 姚淑德. 蓝宝石衬底上生长的Ga2+xO3-x薄膜的结构分析. , 2013, 62(4): 048801. doi: 10.7498/aps.62.048801
[5]	郭子政, 胡旭波. 应力对铁磁薄膜磁滞损耗和矫顽力的影响. , 2013, 62(5): 057501. doi: 10.7498/aps.62.057501
[6]	孙云, 王圣来, 顾庆天, 许心光, 丁建旭, 刘文洁, 刘光霞, 朱胜军. 利用高分辨X射线衍射研究磷酸二氢钾晶体晶格应变应力. , 2012, 61(21): 210203. doi: 10.7498/aps.61.210203
[7]	袁文佳, 章岳光, 沈伟东, 马群, 刘旭. 离子束溅射制备Nb2O5光学薄膜的特性研究. , 2011, 60(4): 047803. doi: 10.7498/aps.60.047803
[8]	岂云开, 顾建军, 刘力虎, 张海峰, 徐芹, 孙会元. Al掺杂ZnO薄膜的厚度对其结构及磁学性能的影响. , 2011, 60(6): 067502. doi: 10.7498/aps.60.067502
[9]	李永华, 刘常升, 孟繁玲, 王煜明, 郑伟涛. NiTi合金薄膜厚度对相变温度影响的X射线光电子能谱分析. , 2009, 58(4): 2742-2745. doi: 10.7498/aps.58.2742
[10]	李洪涛, 罗毅, 席光义, 汪莱, 江洋, 赵维, 韩彦军, 郝智彪, 孙长征. 基于X射线衍射的GaN薄膜厚度的精确测量. , 2008, 57(11): 7119-7125. doi: 10.7498/aps.57.7119
[11]	谢自力, 张荣, 修向前, 刘斌, 朱顺明, 赵红, 濮林, 韩平, 江若琏, 施毅, 郑有炓. InN薄膜的氧化特性研究. , 2007, 56(2): 1032-1035. doi: 10.7498/aps.56.1032
[12]	李荣斌. 掺杂CVD金刚石薄膜的应力分析. , 2007, 56(6): 3428-3434. doi: 10.7498/aps.56.3428
[13]	王瑞敏, 陈光德, 竹有章. 六方相InGaN外延膜的显微Raman散射. , 2006, 55(2): 914-919. doi: 10.7498/aps.55.914
[14]	陶永梅, 蒋青, 曹海霞. 用横场伊辛模型研究应力对铁电薄膜的热力学性质的影响. , 2005, 54(1): 274-279. doi: 10.7498/aps.54.274
[15]	孙贤开, 林碧霞, 朱俊杰, 张杨, 傅竹西. LP-MOCVD异质外延ZnO薄膜中的应力及对缺陷的影响. , 2005, 54(6): 2899-2903. doi: 10.7498/aps.54.2899
[16]	徐波, 余庆选, 吴气虹, 廖源, 王冠中, 方容川. 应力和掺杂对Mg:GaN薄膜光致发光光谱影响的研究. , 2004, 53(1): 204-209. doi: 10.7498/aps.53.204
[17]	杜晓松, S. Hak, O. C. Rogojanu, T. Hibma. 氧化铬外延薄膜的x射线研究. , 2004, 53(10): 3510-3514. doi: 10.7498/aps.53.3510
[18]	茶丽梅, 张鹏翔, H.U.Habermeier. 双层锰氧化物薄膜的制备及其物理性质. , 2003, 52(2): 498-502. doi: 10.7498/aps.52.498
[19]	方志军, 夏义本, 王林军, 张伟丽, 马哲国, 张明龙. Al2O3陶瓷衬底碳离子预注入对金刚石薄膜应力的影响研究. , 2003, 52(4): 1028-1033. doi: 10.7498/aps.52.1028
[20]	王晓东, 刘会赟, 牛智川, 封松林. 不同组分InxGa1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的影响. , 2000, 49(11): 2230-2234. doi: 10.7498/aps.49.2230

计量

文章访问数: 7153
PDF下载量: 1112
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板