JP6314778B2 - Crystallite diameter calculation method - Google Patents
Crystallite diameter calculation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6314778B2 JP6314778B2 JP2014203145A JP2014203145A JP6314778B2 JP 6314778 B2 JP6314778 B2 JP 6314778B2 JP 2014203145 A JP2014203145 A JP 2014203145A JP 2014203145 A JP2014203145 A JP 2014203145A JP 6314778 B2 JP6314778 B2 JP 6314778B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diffraction
- diffraction peak
- thin film
- derived
- crystallite diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- TWPAMFZTLIDMLQ-UHFFFAOYSA-N CC(CCN)C1CCC1 Chemical compound CC(CCN)C1CCC1 TWPAMFZTLIDMLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
本発明は、非晶質基材の表面に形成された薄膜の結晶子径を算出する結晶子径算出方法に関する。 The present invention relates to a crystallite diameter calculation method for calculating the crystallite diameter of a thin film formed on the surface of an amorphous substrate.
材料に含まれる物質の結晶性に関する情報(以下、「結晶情報」という。)を得る方法の一つとしてX線回折(X‐ray diffraction)がある。X線回折は、原子が規則正しく配列している物質に、原子の間隔と同程度の波長のX線を入射したときに、各原子で散乱されたX線が、ある特定の方向で干渉し合って強いX線(以下、「回折X線」という。)を発生させる現象であって、材料の特性を把握する場合に利用される分析方法の一つである。本書では、このようなX線回折現象を利用した測定を「X線回折測定」という。 One method for obtaining information on the crystallinity of a substance contained in a material (hereinafter referred to as “crystal information”) is X-ray diffraction. In X-ray diffraction, when X-rays with the same wavelength as the distance between atoms are incident on a material with regularly arranged atoms, the X-rays scattered by each atom interfere with each other in a specific direction. Is a phenomenon that generates intense X-rays (hereinafter referred to as “diffracted X-rays”), and is one of the analysis methods used to grasp the characteristics of materials. In this document, measurement using such an X-ray diffraction phenomenon is called “X-ray diffraction measurement”.
物質の結晶情報の一つである結晶子径は、X線回折測定の測定結果から求めることができる。具体的には、X線回折測定の測定結果として得られた回折パターン(X線回折図形)のなかに、対象となる物質に由来する回折ピークが含まれている場合、この回転ピークの広がり度合いは、その物質の結晶子径が小さくなるほど大きくなる。このため、その物質に由来する回折ピークの広がり度合いを調べることによって、その物質の結晶子径を求めることができる。 The crystallite diameter which is one of the crystal information of the substance can be obtained from the measurement result of the X-ray diffraction measurement. Specifically, when a diffraction peak derived from a target substance is included in a diffraction pattern (X-ray diffraction pattern) obtained as a measurement result of X-ray diffraction measurement, the degree of spread of this rotational peak Increases as the crystallite size of the substance decreases. For this reason, the crystallite diameter of the substance can be determined by examining the extent of the diffraction peak derived from the substance.
結晶子径の算出にはシェラー法が広く一般的に用いられている。このシェラー法では、回折ピークの広がりを決める指標として回折ピークの半価幅を採用している。そして、測定光学系による半価幅の広がり分を差し引いた回折ピークの半価幅の広がりが、結晶子径によって起こるという仮定のもとに、材料に含まれる物質の結晶子径を算出している(たとえば、特許文献1を参照)。 The Scherrer method is widely used for calculating the crystallite diameter. In the Scherrer method, the half width of the diffraction peak is employed as an index for determining the spread of the diffraction peak. Based on the assumption that the half-width broadening of the diffraction peak resulting from subtracting the half-width broadening due to the measurement optical system is caused by the crystallite diameter, the crystallite diameter of the substance contained in the material is calculated. (For example, see Patent Document 1).
回折ピークの半価幅を決める場合、X線回折測定によって得られた回折パターンのバックグラウンドの強度に対して回折ピークの強度が十分に高ければ、精度良く半価幅を決定することができる。しかし、X線回折測定の対象が薄膜の場合は、X線回折現象に寄与する結晶格子面の数が少なくなるため、回折ピークの強度は総じて低いことが多い。また、X線回折測定の対象となる薄膜は、基材の表面に形成される。その場合、基材が結晶性を有する材料であれば、基材由来の回折ピークと重ならないように薄膜由来の回折ピークを選択することで、結晶子径を正しく算出することができる。 When determining the half width of a diffraction peak, if the intensity of the diffraction peak is sufficiently higher than the intensity of the background of the diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement, the half width can be determined with high accuracy. However, when the target of the X-ray diffraction measurement is a thin film, the number of crystal lattice planes contributing to the X-ray diffraction phenomenon is reduced, so that the intensity of the diffraction peak is often low as a whole. Moreover, the thin film used as the object of X-ray diffraction measurement is formed on the surface of a base material. In that case, if the substrate is a material having crystallinity, the crystallite diameter can be correctly calculated by selecting the diffraction peak derived from the thin film so as not to overlap the diffraction peak derived from the substrate.
ただし、結晶子径の評価では、たとえば、実際に製品化が検討されているものや試作品などのように、基材の材料と薄膜の材料の組み合わせが予め指定されていることが多い。そうした場合、基材がガラスや非晶質ポリマーのような非晶質の材料であると、広範な回折角度の領域で、基材由来のブロードな回折ピーク(ハローパターン)が検出される。このため、基材由来の回折ピークと重ならないように薄膜由来の回折ピークを選択することが非常に困難になる。そうすると、多くの場合、X線回折測定によって得られる回折パターンのなかで、薄膜由来の回折ピークが基材由来の回折ピークに重なって観察され、このことが結晶子径の算出結果に誤差を生じさせる要因になり得る。 However, in the evaluation of the crystallite diameter, for example, a combination of a base material and a thin film material is often designated in advance, such as a product that is actually being commercialized or a prototype. In such a case, when the substrate is an amorphous material such as glass or an amorphous polymer, a broad diffraction peak (halo pattern) derived from the substrate is detected in a wide range of diffraction angles. For this reason, it becomes very difficult to select a diffraction peak derived from a thin film so as not to overlap with a diffraction peak derived from a substrate. Then, in many cases, in the diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement, the diffraction peak derived from the thin film is observed to overlap the diffraction peak derived from the base material, which causes an error in the calculation result of the crystallite diameter. Can be a factor.
本発明の主な目的は、非晶質基材由来の回折ピークに薄膜由来の回折ピークが重畳して観察される場合でも、薄膜の結晶子径を正確に算出することができる結晶子径算出方法を提供することにある。 The main object of the present invention is to calculate the crystallite diameter that can accurately calculate the crystallite diameter of the thin film even when the diffraction peak derived from the thin film is superimposed on the diffraction peak derived from the amorphous base material. It is to provide a method.
(発明の経緯)
一般に、非晶質基材の表面に薄膜を形成したものを被検試料としてX線回折測定を行うと、基材由来の回折ピークと薄膜由来の回折ピークとを含む回折パターンが得られる。この回折パターンには、薄膜由来の回折ピークに加えてバックグラウンドが発生する。ここで発生するバックグラウンドは、主に非晶質基材に由来するもので、多くの場合は薄膜由来の回折ピークに重なって観察される。したがって、薄膜由来の回折ピークの半価幅を求める場合に、基材由来の回折ピークの影響を取り除くべく、その回折ピークの強度をバックグラウンド強度として除去したのち、薄膜由来の回折ピークを抽出して半価幅を求め、求めた回折ピークの半価幅を適用して薄膜の結晶子径を算出している。
(Background of the invention)
In general, when X-ray diffraction measurement is performed using a thin film formed on the surface of an amorphous substrate as a test sample, a diffraction pattern including a diffraction peak derived from the substrate and a diffraction peak derived from the thin film is obtained. In this diffraction pattern, a background is generated in addition to the diffraction peak derived from the thin film. The background generated here is mainly derived from the amorphous base material, and in many cases, it is observed overlapping the diffraction peak derived from the thin film. Therefore, when obtaining the half width of a diffraction peak derived from a thin film, the diffraction peak derived from the thin film is extracted after removing the intensity of the diffraction peak as the background intensity in order to remove the influence of the diffraction peak derived from the substrate. Then, the half width is obtained, and the crystallite diameter of the thin film is calculated by applying the obtained half width of the diffraction peak.
上記の方法を用いることにより、非晶質基材に由来する回折ピークと薄膜由来の回折ピークが重ならない場合には、誤差の少ない結晶子径が算出される。
一方、非晶質基材に由来する回折ピークの影響で薄膜由来の回折ピークの一部(裾の部分)が埋もれている場合には、非晶質基材に由来する回折ピークをバックグラウンドとして処理して結晶子径を算出する上記の方法を用いると、誤差を多く含んだ結晶子径を算出する可能性がある。特に近年では、成膜技術の進歩にともなう薄膜の極薄化によって薄膜由来の回折ピークの強度が低下傾向にあり、これによって基材由来の回折ピークに埋もれてしまう薄膜由来の回折ピークの割合が多くなる場合には、結晶子径の算出誤差がより大きくなる可能性がある。
By using the above method, when the diffraction peak derived from the amorphous substrate does not overlap with the diffraction peak derived from the thin film, a crystallite diameter with less error is calculated.
On the other hand, when a part of the diffraction peak derived from the thin film (bottom part) is buried due to the influence of the diffraction peak derived from the amorphous substrate, the diffraction peak derived from the amorphous substrate is used as the background. When the above method for calculating the crystallite diameter by processing is used, there is a possibility of calculating a crystallite diameter including a lot of errors. Particularly in recent years, the intensity of diffraction peaks derived from thin films tends to decrease due to the ultrathinning of thin films with the progress of film formation technology, and the proportion of diffraction peaks derived from thin films that are buried in the diffraction peaks derived from the base material is thereby reduced. If the number is increased, the calculation error of the crystallite diameter may become larger.
そこで、本発明者は、非晶質基材に由来する回折ピークをバックグラウンドとして処理することなく、非晶質基材に由来する回折ピークと薄膜に由来する回折ピークについて波形分離処理を行うという着想を得て、本発明を完成した。 Therefore, the present inventor says that the waveform separation processing is performed on the diffraction peak derived from the amorphous substrate and the diffraction peak derived from the thin film without processing the diffraction peak derived from the amorphous substrate as a background. The idea was completed and the present invention was completed.
本発明の第1の態様は、
非晶質基材の表面に薄膜が形成された被検試料を対象に、ブラッグ−ブレンターノ集中光学系によってX線回折測定を行うことにより、前記非晶質基材に由来する回折ピークおよび前記薄膜に由来する回折ピークを含む回折パターンを得る測定工程と、
前記測定工程で得られた前記回折パターンのうち、前記非晶質基材に由来する回折ピークおよび前記薄膜に由来する回折ピークを含む回折角度の範囲内で、前記非晶質基材に由来する回折ピークと前記薄膜に由来する回折ピークとを波形分離する波形分離工程と、
前記波形分離工程で得られた、前記薄膜に由来する回折ピークの半価幅を求め、該半価幅に基づいて前記薄膜の結晶子径を算出する算出工程と、
を備えることを特徴とする結晶子径算出方法である。
The first aspect of the present invention is:
A diffraction peak derived from the amorphous substrate and the thin film are obtained by performing X-ray diffraction measurement using a Bragg-Brentano concentrated optical system on a test sample having a thin film formed on the surface of the amorphous substrate. A measurement step for obtaining a diffraction pattern including a diffraction peak derived from
Of the diffraction pattern obtained in the measurement step, the diffraction pattern is derived from the amorphous substrate within a diffraction angle range including a diffraction peak derived from the amorphous substrate and a diffraction peak derived from the thin film. A waveform separation step for separating a diffraction peak and a diffraction peak derived from the thin film,
Obtaining the half-value width of the diffraction peak derived from the thin film obtained in the waveform separation step, and calculating the crystallite diameter of the thin film based on the half-value width;
Is a crystallite diameter calculation method.
本発明の第2の態様は、
前記測定工程においては、前記薄膜の厚さが10nm以上、500nm以下である被検試料を対象にX線回折測定を行う
ことを特徴とする上記第1の態様に記載の結晶子径算出方法である。
The second aspect of the present invention is:
In the measurement step, X-ray diffraction measurement is performed on a test sample having a thickness of the thin film of 10 nm or more and 500 nm or less. In the crystallite diameter calculation method according to the first aspect, is there.
本発明によれば、非晶質基材由来の回折ピークに薄膜由来の回折ピークが重畳して観察される場合でも、薄膜の結晶子径を正確に算出することができる。 According to the present invention, even when a diffraction peak derived from a thin film is observed superimposed on a diffraction peak derived from an amorphous substrate, the crystallite diameter of the thin film can be accurately calculated.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明は、非晶質基材の表面に薄膜が形成された被検試料を対象に、ブラッグ−ブレンターノ集中光学系を用いてX線回折測定を行い、その測定結果に基づいて薄膜の結晶子径を算出する方法に係るものである。
本発明の実施の形態においては、次の順序で説明を行う。
1.被検試料について
2.ブラッグ−ブレンターノ集中光学系について
3.結晶子径の算出方法について
4.実施の形態の効果について
5.実施例と比較例について
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The present invention performs X-ray diffraction measurement using a Bragg-Brentano concentrated optical system on a test sample in which a thin film is formed on the surface of an amorphous substrate, and based on the measurement results, the thin film crystallites This relates to a method for calculating the diameter.
In the embodiment of the present invention, description will be given in the following order.
1. 1. Test sample 2. About Bragg-Brentano optical system 3. Calculation method of crystallite diameter 4. Effects of the embodiment Examples and comparative examples
<1.被検試料について>
図1は本発明でX線回折測定の対象とする被検試料の構成を示す概略断面図である。
図示した被検試料1は、非晶質基材2の表面(上面)2aに薄膜3を形成したものである。非晶質基材2は、たとえば、ガラス、非晶質ポリマーなどの非晶質材料によって構成されている。薄膜3は、結晶構造を有する材料によって構成されている。薄膜3は、たとえば、銅、ニッケル、コバルト、金、銀、チタン、タンタル、ニオブなどの金属、あるいはITO(Indium Tin Oxide)などの金属化合物(金属酸化物、金属窒化物等)などを用いて形成することができる。
<1. About the test sample>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a test sample to be subjected to X-ray diffraction measurement in the present invention.
The illustrated test sample 1 is obtained by forming a thin film 3 on the surface (upper surface) 2 a of an amorphous substrate 2. The amorphous substrate 2 is made of an amorphous material such as glass or an amorphous polymer. The thin film 3 is made of a material having a crystal structure. The thin film 3 is made of, for example, a metal such as copper, nickel, cobalt, gold, silver, titanium, tantalum, or niobium, or a metal compound such as ITO (Indium Tin Oxide) (metal oxide, metal nitride, or the like). Can be formed.
本発明の実施の形態では、好ましくは、非晶質基材2の表面2aに厚さ1000nm(1μm)以下の薄膜3が形成された被検試料1を測定対象とし、より好ましくは、薄膜3の厚さが10nm以上、500nm以下の被検試料1を測定対象とする。その理由は、薄膜3の厚さが10nm未満になると、薄膜由来の回折ピークの強度が低すぎて結晶子径の算出そのものが困難になり、薄膜3の厚さが500nmを超えると、薄膜由来の回折ピークの強度が十分に高くなり、基材由来の回折ピークが結晶子径の算出結果にほとんど影響をおよぼさなくなるからである。
In the embodiment of the present invention, the test sample 1 in which the thin film 3 having a thickness of 1000 nm (1 μm) or less is preferably formed on the
<2.ブラッグ−ブレンターノ集中光学系について>
ブラッグ−ブレンターノ集中光学系は、X線の入射角度と回折角度との関係が1:2の関係を満たすように構成された集中光学系である。入射角度とは、被検試料に入射するX線(入射X線)の角度であり、回折角度とは、入射X線と回折X線とがなす角度である。このブラッグ−ブレンターノ集中光学系では、X線を発生するX線源と、被検試料の試料表面と、回折X線を制限する受光スリットとを、同一円周上に配置する。そして、受光スリットを通過したX線の強度をX線検出器で検出する。
<2. About Bragg-Brentano Concentrating Optical System>
The Bragg-Brentano concentrated optical system is a concentrated optical system configured such that the relationship between the incident angle of X-rays and the diffraction angle satisfies a relationship of 1: 2. The incident angle is an angle of X-rays (incident X-rays) incident on the test sample, and the diffraction angle is an angle formed by incident X-rays and diffracted X-rays. In this Bragg-Brentano concentrated optical system, an X-ray source that generates X-rays, a sample surface of a test sample, and a light-receiving slit that limits diffracted X-rays are arranged on the same circumference. Then, the intensity of the X-ray that has passed through the light receiving slit is detected by an X-ray detector.
<3.結晶子径の算出方法について>
本実施の形態においては、薄膜の結晶子径をシェラー法によって求める。シェラー法は、ある物質の結晶子径を下記(1)式により求める方法である。
D=0.9λ/(βcosθ) …(1)
この(1)式は、シェラーの式と呼ばれるもので、式中、Dは結晶子径(単位はnm)、λはX線の波長(単位はnm)、βは結晶子径による回折ピークの広がり幅(単位はrad.)、θは回折ピークの回折角度(単位はdeg.)である。
<3. About calculation method of crystallite size>
In this embodiment, the crystallite diameter of the thin film is obtained by the Scherrer method. The Scherrer method is a method for obtaining the crystallite diameter of a certain substance by the following equation (1).
D = 0.9λ / (βcos θ) (1)
This equation (1) is called Scherrer's equation, where D is the crystallite diameter (unit is nm), λ is the X-ray wavelength (unit is nm), and β is the diffraction peak due to the crystallite diameter. The spread width (unit: rad.) And θ is the diffraction angle (unit: deg.) Of the diffraction peak.
ここで、上記(1)式におけるβは、実測した回折ピークの半価幅bから光学系による広がり幅b0を差し引いた値を採用する。βを求める近似式には、下記(2)式に示すガウス型近似と、下記(3)式に示すコーシー型近似とがある。
β=(b−b0)×π÷180 …(2)
β=√(b2−b0 2)×π÷180 …(3)
なお、b0には、同じ傾角で測定した標準粉末試料由来の回折ピークの半価幅を用いる。標準粉末としては、たとえば、NIST製LaB6粉末、または、NIST製Si粉末を用いることが望ましい。
Here, β in the above equation (1) employs a value obtained by subtracting the spread width b 0 by the optical system from the half-value width b of the actually measured diffraction peak. There are two approximate formulas for obtaining β: Gaussian approximation shown in the following equation (2) and Cauchy approximation shown in the following equation (3).
β = (b−b 0 ) × π ÷ 180 (2)
β = √ (b 2 −b 0 2 ) × π ÷ 180 (3)
Note that the b 0, using the half width of a diffraction peak derived from a standard powder samples were measured by the same inclination angle. As the standard powder, for example, LaB6 powder made by NIST or Si powder made by NIST is preferably used.
図2は本発明の実施の形態に係る結晶子径算出方法を示す工程フロー図である。
本発明の実施の形態に係る結晶子径算出方法は、大きくは、測定工程S1と、波形分離工程S2と、算出工程S3と、を備える。以下、各工程について説明する。
FIG. 2 is a process flow diagram showing the crystallite diameter calculation method according to the embodiment of the present invention.
The crystallite diameter calculation method according to the embodiment of the present invention mainly includes a measurement step S1, a waveform separation step S2, and a calculation step S3. Hereinafter, each step will be described.
(測定工程S1)
測定工程S1は、非晶質基材2の表面に薄膜3が形成された被検試料1を対象に、ブラッグ−ブレンターノ集中光学系によってX線回折測定を行うことにより、非晶質基材2に由来する回折ピークおよび薄膜3に由来する回折ピークを含む回折パターンを得る工程である。
実際に被検試料1を対象にX線回折測定を行うと、たとえば、図3に示すような測定結果が得られる。図示した測定結果は、縦軸に回折強度(I)、横軸に回折角度(2θ)をとって回折パターンを表したものである。ただし、図中の回折パターンは、実際のX線回折測定で得られる回折パターンよりも大幅に簡略化している。また、角度θ1〜θ2の範囲でX線回折測定を行ったときの回折パターンを示している。図示した回折パターンのなかには、非晶質基材2に由来する回折ピーク11と、薄膜3に由来する回折ピーク12と、が含まれている。また、薄膜3に由来する回折ピーク12は、非晶質基材2に由来する回折ピーク11に重なっている。
(Measurement step S1)
In the measurement step S1, the amorphous substrate 2 is obtained by performing X-ray diffraction measurement with the Bragg-Brentano concentrated optical system on the test sample 1 in which the thin film 3 is formed on the surface of the amorphous substrate 2. And a diffraction pattern including a diffraction peak derived from the thin film 3 and a diffraction peak derived from the thin film 3.
When the X-ray diffraction measurement is actually performed on the test sample 1, for example, a measurement result as shown in FIG. 3 is obtained. The measurement results shown in the figure represent diffraction patterns with the diffraction intensity (I) on the vertical axis and the diffraction angle (2θ) on the horizontal axis. However, the diffraction pattern in the figure is greatly simplified from the diffraction pattern obtained by actual X-ray diffraction measurement. Moreover, the diffraction pattern when X-ray diffraction measurement is performed in the range of angles θ1 to θ2 is shown. In the illustrated diffraction pattern, a
このように非晶質基材2に由来する回折ピーク11と薄膜3に由来する回折ピーク12とが重畳したかたちの回折パターンが得られた場合(特に、図例のように回折ピーク11の肩の部分に回折ピーク12が重なった場合)、たとえば、非晶質基材2に由来する回折ピーク11をバックグラウンドとして処理すると、回折ピーク12の半価幅を正確に求めることができなくなる。以下に、その理由を記述する。
When a diffraction pattern in which the
バックグラウンド処理では、非晶質基材2に由来する回折ピーク11の強度をバックグラウンド強度として除去するが、そうすると回折ピーク11に重畳する薄膜3由来の回折ピーク12の形状(波形)が図4のように認識される。このとき、薄膜3に由来する回折ピーク12の一部12aは、非晶質基材2に由来する回折ピーク11の影響で埋もれた状態になっている。このため、非晶質基材2に由来する回折ピーク11の強度を、図中破線で示すようにバックグラウンド強度として除去すると、薄膜3に由来する回折ピーク12の一部12aを欠いた状態で、回折ピーク12の形状が認識される。したがって、薄膜3に由来する本来の回折ピーク12の形状を反映しないかたちで半価幅が求められることになる。その結果、回折ピーク12の半価幅を用いて算出される薄膜3の結晶子径も不正確なものになってしまう。
In the background treatment, the intensity of the
これに対して本実施の形態においては、非晶質基材2に由来する回折ピーク11をバックグラウンドとして処理することなく、次の波形分離工程S2に移行するようにしている。
In contrast, in the present embodiment, the processing proceeds to the next waveform separation step S2 without processing the
(波形分離工程S2)
波形分離工程S2は、先の測定工程S1で得られた回折パターンのうち、非晶質基材2に由来する回折ピーク11および薄膜3に由来する回折ピーク12を含む回折角度(2θ)の範囲で、非晶質基材2に由来する回折ピーク11と薄膜3に由来する回折ピーク12とを波形分離する工程である。
(Waveform separation step S2)
The waveform separation step S2 includes a diffraction angle (2θ) range including the
この波形分離工程S2では、まず、非晶質基材2に由来する回折ピーク11および薄膜3に由来する回折ピーク12を含む回折角度(2θ)の範囲を決める。たとえば、測定工程S1で上記図3に示す回折パターンが得られた場合は、基材由来のブロードな回折ピーク11とこれに重畳する薄膜由来の回折ピーク12の両方を含むように回折角度の範囲を、たとえば、θ3〜θ4の範囲に決定する。ここで決定する回折角度の範囲は、上述したX線回折測定の測定範囲θ1〜θ2よりも狭い範囲になる。
In this waveform separation step S2, first, the range of the diffraction angle (2θ) including the
次に、先ほど決定した回折角度の範囲において、基材由来の回折ピーク11と薄膜由来の回折ピーク12の各々について波形分離処理を行う。この波形分離処理は、Kα1線とKα2線を分離する波形分離ソフトを用いて行うことができる。この種の波形分離ソフトは、X線回折の特性X線にCuKα線を使用する場合に、Kα1線(λ=1.54059Å)の回折ピークとKα2線(λ=1.54441Å)の回折ピークを波形分離するために用いられる。
Next, waveform separation processing is performed for each of the
また、波形分離処理を行う場合は、波形分離の対象となる回折ピークの回折角度、回折強度、半価幅、ピーク形状パラメータおよび非対称パラメータを精密化する必要がある。ここで記述する精密化とは、実データと計算データの差が最小になるように、計算データを決める各パラメータを変化させることをいう。また、ピーク形状パラメータは、ピークの形状を決めるパラメータであり、非対称パラメータは、半価幅の中心からピーク中心をどれだけ非対称にするか(低角度側と高角度側の幅に差をつけるか)を決めるパラメータである。実際に精密化を行う場合は、最小二乗法などで上記データ間の差が最小になるまで繰り返し、所定のパラメータを変化させる。ピーク形状パラメータや非対称パラメータは、実データの形状に合わせて精密化するか否かを判断することになるが、いずれも精密化の対象にした方が、実データに対する計算データのフィッティングは概ね良くなる傾向にある。
本実施の形態においては、上記の精密化を薄膜由来の回折ピークだけでなく、非晶質基材由来の回折ピークについても行う。つまり、非晶質基材由来の回折ピークを、バックグラウンドではなく、一つのブロードな回折ピークとみなし、該回折ピークについても上記の精密化を行う。これにより、非晶質基材2に由来する回折ピーク11と、薄膜3に由来する回折パターン12とが、たとえば図5に示すように波形分離される。
When performing waveform separation processing, it is necessary to refine the diffraction angle, diffraction intensity, half-value width, peak shape parameter, and asymmetric parameter of the diffraction peak to be subjected to waveform separation. The refinement described here refers to changing each parameter that determines the calculation data so that the difference between the actual data and the calculation data is minimized. The peak shape parameter is a parameter that determines the shape of the peak, and the asymmetric parameter is how much the peak center is asymmetric from the center of the half-value width (the difference between the width at the low angle side and the high angle side) ) Is a parameter that determines. In the case of actual refinement, the predetermined parameter is changed repeatedly by the least square method or the like until the difference between the data is minimized. The peak shape parameter and the asymmetric parameter will determine whether or not to refine according to the shape of the actual data. However, it is generally better to fit the calculation data to the actual data if both are targeted for refinement. Tend to be.
In the present embodiment, the above-described refinement is performed not only on the diffraction peak derived from the thin film but also on the diffraction peak derived from the amorphous substrate. That is, the diffraction peak derived from the amorphous substrate is regarded as one broad diffraction peak instead of the background, and the above-described refinement is performed on the diffraction peak. As a result, the
なお、波形分離ソフトを用いて分離されるKα1線とKα2線を比較すると、回折強度の関係はKα1線>Kα2線となる。このため、波形分離工程S2ではKα2線を除去し、次の算出工程S3ではKα1線のピーク波形を用いることにする。 When the Kα1 line and the Kα2 line separated using the waveform separation software are compared, the relationship between the diffraction intensities is Kα1 line> Kα2 line. For this reason, the Kα2 line is removed in the waveform separation step S2, and the peak waveform of the Kα1 line is used in the next calculation step S3.
(算出工程S3)
算出工程S3では、まず、波形分離工程S2で得られた薄膜由来の回折ピーク12を用いて、該回折ピーク12の半価幅bを求める。このとき用いる薄膜由来の回折ピーク12は、波形分離工程S2で得られるものであって、図6に示すように、波形分離処理前に基材由来の回折ピーク11の影響で埋もれていた部分(12a)を含むものとなる。また、ここで求める回折ピーク12の半価幅bは、上記(1)式に含まれるβをガウス型近似またはコーシー型近似の近似式で求める場合に、「実測した回折ピークの半価幅b」に相当するものとなる。次に、先に求めた薄膜由来の回折ピークの半価幅bに基づいて、上記(1)式により薄膜の結晶子径を算出する。
(Calculation step S3)
In the calculation step S3, first, the half width b of the
<4.実施の形態の効果について>
本発明の実施の形態によれば、非晶質基材2に由来する回折ピーク11に薄膜2に由来する回折ピーク12が重畳して観察される場合でも、非晶質基材由来の回折ピーク11の影響で埋もれていた薄膜由来の回折ピーク12の一部12aを欠くことなく、薄膜由来の回折ピーク12の全体形状に基づいて、該回折ピーク12の半価幅bを求めることができる。このため、薄膜の結晶子径を正確に算出することが可能となる。
<4. Effects of the embodiment>
According to the embodiment of the present invention, even when the
<5.実施例と比較例について>
(実施例)
非晶質基材としてガラス平板を使用し、このガラス平板の表面に厚さ50nmで複合酸化物膜Aを成膜することにより、被検試料を用意した。次に、複合酸化物膜Aが形成された被検試料を対象に、上述した測定工程(X線回折測定)S1を行った。これにより、図7に示すような回折パターンが得られた。この回折パターンには、非晶質基材に由来する回折ピーク14と、薄膜に由来する2つの回折ピーク15,16とが表れている。そして、一方の回折ピーク15が回折ピーク14に重なっている。
<5. About Examples and Comparative Examples>
(Example)
A test sample was prepared by using a glass flat plate as an amorphous substrate and forming a composite oxide film A with a thickness of 50 nm on the surface of the glass flat plate. Next, the above-described measurement step (X-ray diffraction measurement) S1 was performed on the test sample on which the complex oxide film A was formed. Thereby, a diffraction pattern as shown in FIG. 7 was obtained. In this diffraction pattern, a
次に、上述した波形分離工程S2および算出工程S3を順に行うことにより、複合酸化物膜Aに由来する2θ=30.6deg.付近の回折ピークを用いて結晶子径を求めた。図8は複合酸化物膜Aについて実施した波形分離処理の結果を示している。本実施例では、ガラス平板に由来するブロードな回折ピーク(回折パターンとみなしたもの)14とこれに重なる回折パターン15の両方を含むように回折角度の範囲を決定した。そして、決定した回折角度の範囲において、複合酸化物膜Aに由来する回折ピークだけでなく、ガラス平板に由来するブロードな回折ピーク14についても波形分離処理を行った。このため、上記図8においては、非晶質基材由来の回折ピークを精密化した波形17と、薄膜由来の回折ピークを精密化した波形18とに分離されている。これにより、波形分離処理前はガラス平板由来の回折ピークに埋もれていた複合酸化物膜A由来の回折ピーク形状が、波形分離処理後は、その埋もれていた部分を含めて抽出できていることを確認した。したがって、波形分離により得られた複合酸化物膜A由来の回折ピーク形状にしたがって半価幅を求めることにより、その半価幅は複合酸化物膜Aによる回折ピークの本来の半価幅を示すものと考えられる。
なお、図8の波形17,18の下側を通っている右肩下がりの直線20は、非晶質基材として用いたガラス平板によるブロードな回折ピークのバックグラウンドを示し、この直線20上に存在する左右2つの垂直線21,22は、ガラス平板によるブロードな回折ピークの始点と終点を示している。
Next, by performing the waveform separation step S2 and the calculation step S3 described above in order, 2θ = 30.6 deg. The crystallite diameter was determined using a nearby diffraction peak. FIG. 8 shows the result of the waveform separation process performed on the composite oxide film A. In this example, the range of diffraction angles was determined so as to include both a broad diffraction peak (what was regarded as a diffraction pattern) 14 derived from a glass flat plate and a
Note that a
以上は、複合酸化物膜Aを対象としたものであるが、本実施例ではさらに、同一の非晶質基材および同一の複合酸化物膜の組み合わせで、成膜条件のみを変えた複合酸化物膜B,C,Dを対象に、測定工程S1、波形分離工程S2および算出工程S3を行った。また、複合酸化物膜A〜Dに関しては、結晶子径の大小関係が、A<B<C<Dであることを事前に確認したものを使用した。この方法によって求めた複合酸化物膜A〜Dの結晶子径の算出結果を下記の表1に示す。なお、複合酸化物膜の結晶子径Dを算出するにあたって、表中の「2θ」、「β」は上記(1)式のパラメータとなり、表中の「b」、「b0」は上記(2)式または上記(3)式のパラメータとなる。 The above is for the composite oxide film A. In this embodiment, however, the composite oxidation is performed by changing only the film formation conditions with a combination of the same amorphous substrate and the same composite oxide film. The measurement process S1, the waveform separation process S2, and the calculation process S3 were performed on the material films B, C, and D. As for the composite oxide films A to D, those in which the magnitude relation of the crystallite size was confirmed in advance as A <B <C <D were used. The calculation results of the crystallite diameters of the composite oxide films A to D obtained by this method are shown in Table 1 below. In calculating the crystallite diameter D of the composite oxide film, “2θ” and “β” in the table are parameters of the above equation (1), and “b” and “b 0 ” in the table are the above ( It becomes a parameter of the equation (2) or the above equation (3).
β(rad)=√{(0.3658)2−(0.047381)2}×π÷180=0.00633の算出値となる。
また、λ(nm)=0.154056として試料Aの結晶子径Dを上記(1)式により求めると、
D(nm)=0.9×0.154056/(0.00633×cos15.3347)=22.7となる。
β (rad) = √ {(0.3658) 2 − (0.0473811) 2 } × π ÷ 180 = 0.00633.
Further, when λ (nm) = 0.154056 and the crystallite diameter D of the sample A is obtained by the above equation (1),
D (nm) = 0.9 × 0.154056 / (0.00633 × cos15.3347) = 22.7.
表1においては、複合酸化物A〜Dの結晶子径の大小関係が、A<B<C<Dの関係になっており、この関係は事前に確認した結果と整合している。このことから、本方法によれば、ある一つの成膜条件で成膜した複合酸化物膜の結晶子径だけでなく、異なる成膜条件で成膜した複合酸化物膜の結晶子径についても正しく算出し評価できることが確認された。 In Table 1, the relationship between the crystallite sizes of the composite oxides A to D is A <B <C <D, and this relationship is consistent with the results confirmed in advance. Therefore, according to the present method, not only the crystallite diameter of the composite oxide film formed under a certain film formation condition but also the crystallite diameter of the composite oxide film formed under different film formation conditions. It was confirmed that it can be calculated and evaluated correctly.
(比較例)
上記実施例と同様、成膜条件が異なる複合酸化物膜A,B,C,Dを対象として、X線回折測定を行った。次に、ガラス平板に由来する回折ピークの強度をバックグラウンド強度として除去してから、波形分離ソフトにより波形分離処理を行った。次に、波形分離により得られた複合酸化物膜由来の回折ピークの半価幅を求め、この半価幅を適用して複合酸化物膜の結晶子径を算出した。
(Comparative example)
Similar to the above example, X-ray diffraction measurement was performed on the composite oxide films A, B, C, and D having different film forming conditions. Next, after removing the intensity of the diffraction peak derived from the glass flat plate as the background intensity, waveform separation processing was performed using waveform separation software. Next, the half width of the diffraction peak derived from the complex oxide film obtained by waveform separation was determined, and the crystallite diameter of the complex oxide film was calculated by applying this half width.
この比較例においては、ガラス平板による回折ピークの形状を反映させずに、複合酸化物膜に由来する2θ=30.6deg.付近の回折ピークについて波形分離処理を行い、複合酸化物膜A,B,C,Dごとに結晶子径を求めた。この方法によって求めた複合酸化物膜A,B,C,Dの結晶子径の算出結果を下記の表2に示す。 In this comparative example, 2θ = 30.6 deg. Derived from the composite oxide film without reflecting the shape of the diffraction peak due to the glass flat plate. Waveform separation processing was performed on nearby diffraction peaks, and crystallite diameters were determined for each of the complex oxide films A, B, C, and D. The calculation results of the crystallite diameters of the composite oxide films A, B, C, and D obtained by this method are shown in Table 2 below.
表2においては、複合酸化物膜Aと複合酸化物膜Bの結晶子径が同程度で求められているうえに、複合酸化物膜Cと複合酸化物膜Dの結晶子径の大小関係が逆転している。このことから、ガラス平板による回折ピークの形状を反映させずに波形分離処理を行った場合は、各々の複合酸化物膜A,B,C,Dについて正確な結晶子径を算出することができないことが確認された。 In Table 2, the crystallite diameters of the composite oxide film A and the composite oxide film B are required to be approximately the same, and the size relationship between the crystallite diameters of the composite oxide film C and the composite oxide film D is as follows. It is reversed. Therefore, when the waveform separation process is performed without reflecting the shape of the diffraction peak due to the glass plate, it is not possible to calculate an accurate crystallite diameter for each of the composite oxide films A, B, C, and D. It was confirmed.
1…被検試料
2…非晶質基材
3…薄膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Test sample 2 ... Amorphous base material 3 ... Thin film
Claims (4)
前記測定工程で得られた前記回折パターンのうち、前記非晶質基材に由来する回折ピークおよび前記薄膜に由来する回折ピークを含む回折角度の範囲内で、前記非晶質基材に由来する回折ピークと、前記薄膜に由来する回折ピークであって前記非晶質基材由来の回折ピークに埋もれていた部分を含む回折ピークとを、回折パターンとしては前記測定工程により得られたもののみを用いて波形分離する波形分離工程と、
前記波形分離工程で得られた、前記薄膜に由来する回折ピークの半価幅を求め、該半価幅に基づいて前記薄膜の結晶子径を算出する算出工程と、
を備えることを特徴とする結晶子径算出方法。 A diffraction peak derived from the amorphous substrate and the thin film are obtained by performing X-ray diffraction measurement using a Bragg-Brentano concentrated optical system on a test sample having a thin film formed on the surface of the amorphous substrate. A measurement step for obtaining a diffraction pattern including a diffraction peak derived from
Of the diffraction pattern obtained in the measurement step, the diffraction pattern is derived from the amorphous substrate within a diffraction angle range including a diffraction peak derived from the amorphous substrate and a diffraction peak derived from the thin film. a diffraction peak and a diffraction peak including portions that were buried in the diffraction peak derived from the amorphous Shitsumoto member a diffraction peak derived from the thin film, only those as the diffraction pattern obtained by the measuring step Using a waveform separation step to separate the waveform,
Obtaining the half-value width of the diffraction peak derived from the thin film obtained in the waveform separation step, and calculating the crystallite diameter of the thin film based on the half-value width;
A crystallite diameter calculating method comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の結晶子径算出方法。The crystallite diameter calculation method according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の結晶子径算出方法。The crystallite diameter calculation method according to claim 1 or 2, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の結晶子径算出方法。 The crystallite diameter according to any one of claims 1 to 3, wherein, in the measurement step, X-ray diffraction measurement is performed on a test sample having a thickness of the thin film of 10 nm or more and 500 nm or less. Calculation method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014203145A JP6314778B2 (en) | 2014-10-01 | 2014-10-01 | Crystallite diameter calculation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014203145A JP6314778B2 (en) | 2014-10-01 | 2014-10-01 | Crystallite diameter calculation method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016070872A JP2016070872A (en) | 2016-05-09 |
| JP6314778B2 true JP6314778B2 (en) | 2018-04-25 |
Family
ID=55864535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014203145A Active JP6314778B2 (en) | 2014-10-01 | 2014-10-01 | Crystallite diameter calculation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6314778B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6943213B2 (en) * | 2018-03-29 | 2021-09-29 | 住友金属鉱山株式会社 | Method for evaluating the crystal state of the coating layer |
| JP7165416B2 (en) * | 2020-01-15 | 2022-11-04 | 株式会社リガク | X-ray analysis device, X-ray analysis method, and X-ray analysis program |
| JP2024035682A (en) * | 2022-09-02 | 2024-03-14 | Toppanホールディングス株式会社 | packaging container |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0668471B2 (en) * | 1985-04-02 | 1994-08-31 | 科学技術庁無機材質研究所長 | Sample capsule for X-ray defractometer |
| JP4179941B2 (en) * | 2003-07-24 | 2008-11-12 | 独立行政法人科学技術振興機構 | X-ray diffraction measurement container for thin film sample |
| US8111807B2 (en) * | 2009-09-16 | 2012-02-07 | Rigaku Corporation | Crystallite size analysis method and apparatus using powder X-ray diffraction |
| JP2011220989A (en) * | 2010-03-24 | 2011-11-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Method of measuring crystallite diameter of thin film material, measuring objective sample, and method of manufacturing measuring objective sample |
| JP5903900B2 (en) * | 2012-01-16 | 2016-04-13 | 住友金属鉱山株式会社 | Particle abundance ratio calculation method and particle crystal size calculation method |
| JP6031359B2 (en) * | 2013-01-09 | 2016-11-24 | 日本放送協会 | Method for determining film thickness and film density, and program therefor |
-
2014
- 2014-10-01 JP JP2014203145A patent/JP6314778B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016070872A (en) | 2016-05-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Speakman | Introduction to x-ray powder diffraction data analysis | |
| TWI660154B (en) | Method and system for measuring periodic structure using multi-angle X-ray reflection scattering (XRS) | |
| JP6314778B2 (en) | Crystallite diameter calculation method | |
| JP5713357B2 (en) | X-ray stress measurement method and apparatus | |
| JP6497784B2 (en) | Crystal phase identification method, crystal phase identification apparatus, and X-ray diffraction measurement system | |
| JP2010223851A (en) | X-ray diffraction method and x-ray diffraction apparatus | |
| JP2018205247A (en) | X-ray diffraction analysis method and X-ray diffraction analysis apparatus | |
| JP2025114821A (en) | X-ray diffraction device and measurement method | |
| JP6009156B2 (en) | Diffractometer | |
| JP5903900B2 (en) | Particle abundance ratio calculation method and particle crystal size calculation method | |
| JP6566839B2 (en) | X-ray Talbot interferometer and Talbot interferometer system | |
| JP6217400B2 (en) | X-ray measuring instrument and slit plate thereof | |
| JP6776181B2 (en) | Stress measurement method | |
| US9857319B2 (en) | Method of measuring depth of damage of wafer | |
| JP6031359B2 (en) | Method for determining film thickness and film density, and program therefor | |
| O’Connor et al. | Improving the accuracy of Rietveld-derived lattice parameters by an order of magnitude | |
| CN110678742B (en) | Stress measuring method | |
| JP7593172B2 (en) | Thin film X-ray diffraction method | |
| JP2006322885A (en) | X-ray detector dead time measurement method | |
| JP6572316B2 (en) | Molded saw wire with controlled curvature at the bend | |
| JP5381925B2 (en) | Oxide structure evaluation method | |
| Simeone et al. | A preferred orientation correction to describe a fiber texture under glancing incidence | |
| JP4827199B2 (en) | Method for detecting crystal orientation of silicon ingot | |
| TWI258563B (en) | Optical monitoring method using admittance diagram for thin film deposition | |
| Zhang et al. | Optical Spectroscopy-Based Inner Porosity Monitoring for GTAW |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161108 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170823 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170912 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171002 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20171002 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180227 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180312 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6314778 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |