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HRXRD 高解析X光绕射分析仪

技术原理

高解析 X 光绕射分析仪(HRXRD)利用 X 光照射晶体材料时所产生的布拉格绕射(Bragg Diffraction)现象,透过分析绕射角度与强度分布,可获得材料的晶体结构与结晶特性,闳康科技配置 Bruker D8 Discover HRXRD 系统,为多功能高解析 X 光绕射平台,系统除具备基本的粉末绕射(Powder XRD)低掠角薄膜绕射(GID)分析功能外,亦搭载 三晶(Triple-Crystal)高解析分析器,可进行单晶薄膜的高精度结晶性分析与化合物组成分析。

 

此外,系统可进行倒晶格空间映射(Reciprocal Space Mapping, RSM)分析,用于研究磊晶薄膜的晶格排列与应变状态,评估磊晶层是否受到压缩或拉伸,在薄膜材料分析方面,HRXRD 亦可搭配 X 光反射分析(X-ray Reflectivity, XRR)技术,量测多层或单层薄膜的薄膜厚度、介面粗糙度、电子密度。XRR深度解析度约200nm,是用厚度量测范围为5-200nm,且表面粗糙度通常需小于 5 nm,即使为非晶质薄膜亦可进行分析。

分析应用
磊晶分析
分析磊晶薄膜与基板之间的晶格排列与成长品质。
RSM (Reciprocal Space Mapping) 分析
透过倒晶格空间分布分析薄膜的应变、晶格匹配与缺陷。
氧化、腐蚀与薄膜镀层相鑑定
分析材料表面氧化层、腐蚀产物或镀层的晶体相。
晶格参数分析
计算晶体单位晶格常数以评估材料结构与应变。
晶体结构与相鑑定
透过绕射图谱比对资料库,判断材料的晶体相与结构。
粉末绕射分析
分析粉末或多晶材料的晶体结构与组成。
低掠角薄膜绕射分析 (GID)
以低角度入射 X 光分析薄膜表面或薄层结构的晶体资讯。
化合物薄膜之浓度分析
透过晶格变化分析化合物薄膜中元素组成比例。
XRR 分析多层薄膜厚度、粗糙度与密度
利用 X 光反射特性量测薄膜厚度、界面粗糙度及材料密度。
晶粒尺寸分析
透过绕射峰宽度分析材料晶粒大小。
结晶性分析
评估材料的结晶品质,判断材料为单晶、多晶或非晶结构。
三晶高解析绕射分析
利用高解析三晶结构量测单晶薄膜的绕射讯号,可分析晶体品质与应变状态。
机台种类

Bruker D8 Discover (HRXRD)

闳康科技配置 Bruker D8 Discover 高解析 X 光绕射分析仪(HRXRD),可进行晶体结构、薄膜结晶品质及材料相分析。该系统具备高解析度光学模组与多轴量测平台,适用于半导体磊晶、薄膜材料与晶体结构研究。

 

D8 Discover 可透过 高解析绕射、低掠角绕射(GID)及倒晶格空间映射(RSM) 等量测模式,分析薄膜与基板之间的晶格关系、应变状态与结晶品质。此外,系统亦可搭配 X-ray Reflectivity(XRR) 进行薄膜厚度、界面粗糙度与密度量测。

  • 非破坏性量测

  • 可分析12英寸的样品

  • 可在大气环境下操作

  • 块材、薄膜或粉末皆可

  • 超薄镀膜(< 5nm)及二维材料

  • 面内掠角绕射 (In-Plane Grazing Incidence Diffraction, IP-GID)

     

 

应用实例

HRXRD / XRD 分析结果图

材料在不同绕射角度下的绕射强度分布,分析材料的晶体结构与结晶特性。横轴为 2θ(2-Theta)绕射角度,代表 X 光与晶体晶面产生绕射时的角度位置;纵轴为 绕射强度(Intensity / Counts),表示该角度下的绕射讯号强度。当 X 光照射到晶体材料时,不同晶面会在特定角度产生绕射峰(diffraction peaks)。图中标示的 (hkl) 指数(如 (222)、(440) 等)代表对应的晶体晶面方向。透过这些绕射峰的位置与强度,可以判断材料的晶体结构与相组成。

 

图中亦标示 FWHM(Full Width at Half Maximum),即绕射峰的半高宽。FWHM 可用来评估材料的结晶品质与晶粒尺寸,通常峰值越窄代表结晶品质越好、晶粒尺寸越大。此外,图中标示的 d 值(晶面间距) 则表示对应晶面的晶格间距,可用于分析材料的晶格常数、应变状态或组成变化。

  • (a) GaN磊晶层厚度与组成分析

  • (b) GaN磊晶层RSM分析

  • (c) SiGe磊晶高解析光谱

  • (d) XRR分析HfOx薄膜厚度、密度与粗糙度

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1970
本次 MAFT 研讨会以「创新器件 & 封装」为核心主题,邀请专家学者们,聚焦超晶格铁电存储器、硅光子、6G高频EMI封装与量子计算等前瞻议题,带领与会者深入掌握下一世代半导体技术发展脉络。
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