GIXRD-analyysi
Ohutkalvoröntgendiffraktio (GIXRD) on röntgendiffraktion (XRD) muunnelma, jota käytetään ohuiden kalvojen ja pinnoitteiden kiderakenteen, hilan parametrien ja fysikaalisten ominaisuuksien määrittämiseen. GIXRD:tä voidaan hyödyntää kiteistä ainetta sisältävien ohutkerroksisten materiaalien ominaisuuksien selvittämiseen niiden tuotekehityksessä ja laadunvalvonnassa.
Tutustu GI-XRD-mittauksiimme
Hinnat ilmoitettu ilman arvonlisäveroa (24 %).
- Nopeat tulokset
- Henkilökohtaista apua asiantuntijoilta
- Kilpailukykyiset hinnat
- Takuu tulosten oikeellisuudesta
Miten GIXRD-analyysi toimii?
Ohutkalvoröntgendiffraktio (grazing incidence X-ray diffraction, GIXRD) on muunnos röntgendiffraktiosta (XRD). XRD:llä voidaan määrittää kiteisen materiaalin kristallografisen rakenteen (ts. kiderakenteen) ominaisuudet.
Kun XRD-analyysi suoritetaan monikerroskalvon ohuille, 1-1000 nanometrin paksuisille kalvoille tavanomaisia skannausmenetelmiä käyttäen, analyysi tuottaa yleensä heikon signaalin näytteen pintakerroksesta ja voimakkaan signaalin alemmasta kerroksesta, mikä vaikeuttaa pintakerroksen tutkimista. Yksi tapa välttää voimakas signaali alustasta ja saada vahvempi signaali pintakalvosta on suorittaa röntgenskannaus tarkasti valitulla röntgensäteen tulokulmalla, joka vain pyyhkäisee näytteen pintaa. Tämä menetelmä tunnetaan ohutkalvoröntgendiffraktiona (GIXRD).
GIXRD:llä on sama toimintaperiaate kuin XRD:llä, mutta se kykenee mittaamaan ohuiden kalvojen ja pinnoitteiden kiderakennetta ja hiukkastason ominaisuuksia. Lisätietoa XRD:stä on löydettävissä XRD-sivultamme.
Röntgensäteiden tulokulman säätäminen
GIXRD:ssä näytteeseen osuvan röntgensäteen tulokulmaa säädetään heijastuneiden röntgensäteiden kriittiseen kulmaan nähden samoin kuin röntgenheijastavuudessa (XRR), jolla voidaan määrittää ohuiden kalvojen rakenteelliset ominaisuudet. Heijastuneen röntgensäteen kriittinen kulma on yleensä hyvin pieni ja erilainen jokaiselle materiaalille.
Mitä suurempi tulokulma on suhteessa materiaalin kriittiseen kulmaan, sitä syvemmälle röntgensäteet uppoavat materiaaliin. Siten röntgensäteiden tulokulman noustessa kriittisen kulman yläpuolelle röntgensäteiden läpäisysyvyys kasvaa nopeasti, mutta kun tulokulma on pienempi kuin kriittinen kulma, röntgensäteet läpäisevät näytteen vain muutaman nanometrin matkalta.
GIXRD:n pintaherkkyys
Kriittiseen kulmaan liittyvän ilmiön vuoksi GIXRD-menetelmällä voidaan mitata ohuiden kalvojen ja pinnoitteiden kiderakennetta käyttämällä riittävän pieniä röntgensäteen tulokulmia. Pintamateriaalin kriittisen kulman alapuolella muodostuu lyhytaikainen vain lyhyen matkaa etenevä heijastuvien röntgensäteiden aalto, joka vaimenee eksponentiaalisesti. Siksi GIXRD:ssä diffraktiokuvion heijastukset tulevat vain pintarakenteesta.
Tulokulma valitaan yleensä hieman materiaalin kriittisen kulman yläpuolelta kokonaisheijastuksen aikaansaamiseksi koko pintakerroksesta. Silti röntgensäteen pääseminen koko materiaaliin estyy ja rajoittuu ainoastaan pintakerrokseen tehden diffraktioilmiöstä pintaherkän. Koska GIXRD:llä vältetään näytteen eri syvyyksistä tulevien piikkien päällekkäisyyksiä diffraktogrammissa, se tekee monikerroskalvojen ohuiden pintakalvojen tutkimisen paljon helpommaksi.
GIXRD myös vahvistaa erittäin ohuista kalvoista tulevaa heikkoa diffraktiosignaalia ja optimoi siten heijastuneiden röntgensäteiden voimakkuutta. GIXRD on siis menetelmä, joka yhdistää kahden tekniikan parhaat ominaisuudet: kiderakenteen analyysin (XRD) ja ohutkalvojen tutkimisen (XRR).
Mihin GIXRD-analyysejä käytetään?
Pintaherkkyytensä ansiosta GIXRD on tehokas työkalu moniin pintojen, ohutkalvojen, kerrosten ja pinnoitteiden tutkimiseen, tuotekehitykseen, laadunvalvontaan ja häiriöanalyysiin liittyviin tarkoituksiin.
GIXRD:n tuloksena saadaan diffraktogrammi, eli kaavio, josta saadaan tärkeää tietoa näytteen kiderakenteesta. Epäorgaanisista, sekä orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden seoksista koostuvien ohutkalvojen ja pinnoitteiden kiderakennetta, hilan parametreja sekä kiteiden kokoa ja kuormitusta voidaan tutkia GIXRD:llä. Koska sähköiset ja optiset ominaisuudet riippuvat vahvasti pinnoitemateriaalin yhdisteiden hiukkastason rakenteesta, GIXRD-analyysistä voi olla erittäin paljon hyötyä tuotekehitysprosessin aikana.
Myös pinnan kiderakenteen muutokset erilaisten käsittelyjen jälkeen on mahdollista havaita. Eri pintakerrokset voidaan tunnistaa niiden diffraktiokuvioiden perusteella, sillä jokainen aine tuottaa omanlaisensa diffraktiokuvion ja siten diffraktogrammin. Myös näytteen pinnalla, monikerroskalvojen ohuissa kalvoissa tai passivointikerroksissa olevat faasit voidaan tunnistaa.
GIXRD-analyyseihin soveltuvat näytteet
GIXRD:ssä käytetyt näytteet voivat olla useista ohuista kalvoista koostuvia monikerroskalvoja tai ohuilla pinnoitteilla päällystettyjä alustoja. Tutkittavan kerroksen on oltava kiinteää kiteistä materiaalia, mikä tarkoittaa, että sillä on oltava säännöllinen kiderakenne, jotta diffraktio tapahtuisi. Myös amorfisia materiaaleja voidaan tutkia GIXRD:llä, mutta niistä on mahdollista saada vain vähän tietoa.
Soveltuvat näytematriisit
- Useista ohuista kerroksista koostuvat monikerroskalvot
- Materiaalit, joilla on ohut pinnoite
- Kiinteät ja kiteiset materiaalit
- Metalliseokset
- Keraamit
- Polymeerit
- Mineraalit
- Zeoliitit
GIXRD-analyysin tyypillisiä käyttökohteita
- Ohuiden kalvojen kiderakenteen ja hiukkastason ominaisuuksien tutkiminen
- Teollinen tutkimus ja materiaalien tuotekehitys esimerkiksi metallurgiassa
- Materiaalin tunnistus
- Laadunvalvonta
- Häiriö- ja vika-analyysit, kuten sisäisen kuormituksen mittaukset
- Tuotantoprosessien optimointi
Ota yhteyttä
Ota yhteyttä alla olevalla lomakkeella, niin saat tarjouksen testauspalveluista yhdessä arkipäivässä.
Onko sinulla kysymyksiä tai tarvitsetko apua? Lähetä meille sähköpostia info@measurlabs.com tai soita +358 50 336 6128.
Usein kysytyt kysymykset
GIXRD-analyysia käytetään monikerroskalvojen yksittäisten ohutkalvojen ja eri alustojen pinnoitteiden tutkimiseen erityisesti materiaalitieteessä, mutta myös monilla muilla teollisuuden aloilla. GIXRD:llä voidaan määrittää kalvon tai pinnoitteen kiderakenne ja saada tietoa siitä, kuinka kerroksen todellinen rakenne eroaa ideaalista.
Menetelmällä on mahdollista määrittää kalvon rakenteelliset ominaisuudet, kuten raekoko, hilan parametrit, kuormitus, hiukkasten orientaatio sekä faasikoostumus. Koska GIXRD:tä voidaan soveltaa kerroksen sisäisten rasitusten ja vikojen tutkimiseen, se voi olla hyödyllinen työkalu tutkimuksessa ja tuotekehityksessä sekä laadunvalvonnassa materiaaleja valmistettaessa. Ohuiden kalvojen tunnistaminen on myös yleisesti käytetty GIXRD:n sovellus.
GIXRD:ssä etäisyydet ovat nanometrien luokkaa, joten tutkittujen kalvojen on oltava hyvin ohuita, usein välillä 1–100 nanometriä. Monikerroskalvon yksittäisten kalvojen paksuutta ei kuitenkaan voida määrittää GIXRD:llä, joten kalvon likimääräinen paksuus on tarpeen tietää etukäteen. Tätä tarkoitusta varten röntgenheijastavuus (XRR) on sopiva menetelmä.
Ainoastaan kiteisestä aineesta koostuvia näytteitä voidaan tutkia GIXRD:llä. Menetelmä toimii myös amorfiselle aineelle, mutta siitä saatava tieto jää vähäiseksi. Mikäli näyte koostuu monista erilaisista kiteisistä komponenteista, diffraktogrammi voi olla liian monimutkainen materiaalien rakenneyksiköiden tai hiukkasten analysoimiseksi.
Kun kerros tuntematonta materiaalia halutaan tunnistaa asianmukaisesti, kerroksen tulee olla homogeeninen tai koostumukseltaan tasainen. Materiaalin tunnistaminen edellyttää myös referenssidatakirjaston.
GIXRD-analyysissa käytettävien näytteiden on oltava ohuita kalvoja tai pinnoitteita, joiden paksuus on nanometriluokassa. Yksittäiset kalvot voivat olla osa monikerroskalvoa, joka koostuu useista eri kerroksista.
Jotta diffraktio tapahtuisi, röntgensäteiden on sirottava säännöllisestä hiukkasrakenteesta, jossa hiukkasten järjestys materiaalissa säilyy pitkän matkaa samanlaisena. Siksi näytemateriaalin on oltava kiinteää ja mielellään kiteistä ainetta. Materiaali voi olla joko epäorgaanista tai sekoitus orgaanista ja epäorgaanista ainetta.
Measurlabs tarjoaa erilaisia laboratorioanalyyseja tuotekehittäjille ja laatujohtajille. Suoritamme osan analyyseista omassa laboratoriossamme, mutta enimmäkseen ulkoistamme ne huolella valikoiduille kumppanilaboratorioille. Tällä tavoin pystymme lähettämään kunkin näytteen sille sopivimpaan laboratorioon ja tarjoamaan asiakkaillemme korkealaatuisia analyyseja yli tuhannella eri menetelmällä.
Kun otat meihin yhteyttä tarjouspyyntölomakkeella tai sähköpostilla, yksi menetelmäasiantuntijoistamme ottaa mittauksesi hoitaakseen ja vastaa mahdollisiin kysymyksiisi. Saat kirjallisen tarjouksen, jossa on kerrottu mittauksen yksityiskohdat ja osoite, johon voit lähettää näytteet. Me huolehdimme sen jälkeen näytteiden toimittamisesta oikeisiin laboratorioihin ja kirjoitamme tuloksista sinulle selkeän mittausraportin.
Näytteet toimitetaan laboratorioomme yleensä lähetillä. Varmista yksityiskohdat asiantuntijamme kanssa ennen näytteiden lähettämistä.