Ohutkalvoröntgendiffraktio

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 laadunvarmistuksessa.

  • Nopeat tulokset
  • Henkilökohtaista apua asiantuntijoilta
  • Kilpailukykyiset hinnat
  • Takuu tulosten oikeellisuudesta

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:llä 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 kuitenkin 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).

GIXRD-analyysistä saatava informaatio

Pintaherkkyytensä ansiosta GIXRD on tehokas työkalu moniin pintojen, ohuiden kalvojen, 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.

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 sitä, 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:n 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
Tarjouspyyntö

Ota yhteyttä

Voit myös lähettää sähköpostia info@measurlabs.com tai soittaa meille numeroon +358 40 735 4843.

Vastaamme aina vuorokauden sisällä.
UKK

Usein kysytyt kysymykset

Mihin GIXRD:tä yleensä käytetään?

GIXRD:tä 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.

Mitkä ovat GIXRD:n rajoitteet?

GIXRD:ssä etäisyydet ovat nanometrien luokkaa, mikä tarkoittaa, että tutkittujen kalvojen on oltava hyvin ohuita, yleensä alle 5 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.

Millaisia näytteitä GIXRD:llä voi analysoida?

GIXRD:ssä käytettävien näytteiden on oltava ohuita kalvoja tai pinnoitteita, joiden paksuus on alle 5 nanometriä. 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.

Mikä Measurlabs on?

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.

Miten palvelu toimii?

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.

Kuinka lähetän näytteeni?

Näytteet toimitetaan laboratorioomme yleensä lähetillä. Varmista yksityiskohdat asiantuntijamme kanssa ennen näytteiden lähettämistä.

Ohutkalvoröntgendiffraktio (GIXRD) on nopea ja kustannustehokas tapa määrittää ohuiden kalvojen ja pinnoitteiden kiderakenne sekä fysikaaliset ominaisuudet. Myös kiteisten pinnoitemateriaalien tunnistaminen on mahdollista. Measurilta saat laadukasta ja luotettavaa GIXRD-analyysipalvelua.