JPH0587747A - エネルギー分散型全反射面内薄膜ｘ線回折法 - Google Patents
エネルギー分散型全反射面内薄膜ｘ線回折法Info
- Publication number
- JPH0587747A JPH0587747A JP3274835A JP27483591A JPH0587747A JP H0587747 A JPH0587747 A JP H0587747A JP 3274835 A JP3274835 A JP 3274835A JP 27483591 A JP27483591 A JP 27483591A JP H0587747 A JPH0587747 A JP H0587747A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rays
- thin film
- substrate
- slit
- angle
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は薄膜のＸ線結晶構造解析法で、薄膜
と基板の境界での全反射効果によつて基板からの散乱Ｘ
線を極力おさえＳ／Ｎ比の改善によつて超薄膜の面内構
造評価を可能にした。光学系が固定されたエネルギー分
散型Ｘ線回折計で真空装置等への組み込みが可能であ
る。 【構成】装置の主要部分は図２に示されている。白色Ｘ
線源、全反射角設定スリットと入射角設定ソーラスリッ
トで構成される三軸スリットシステム、基板回転機構、
固体Ｘ線検出器 が主な構成である。
と基板の境界での全反射効果によつて基板からの散乱Ｘ
線を極力おさえＳ／Ｎ比の改善によつて超薄膜の面内構
造評価を可能にした。光学系が固定されたエネルギー分
散型Ｘ線回折計で真空装置等への組み込みが可能であ
る。 【構成】装置の主要部分は図２に示されている。白色Ｘ
線源、全反射角設定スリットと入射角設定ソーラスリッ
トで構成される三軸スリットシステム、基板回転機構、
固体Ｘ線検出器 が主な構成である。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、白色Ｘ線を利用して薄
膜の面内結晶構造、高次構造の評価を行うＸ線回折法に
関する。 【０００２】 【従来の技術】最も一般的な回折法は、単色Ｘ線を利用
するもので、試料に対するＸ線の入射角をθとすると、
試料を角度θで、Ｘ線検出器を角度２θで回転させて、
回折ピークを測定する、いわゆるθー２θ走査法であ
る。 しかし、この方法で基板上の薄膜を測定すると、
薄膜下の基板からの散乱が強く、相対的に薄膜からの回
折強度が弱くなり、Ｓ／Ｎ比が小さくなつてしまう。そ
こで、多結晶薄膜試料に対しては試料に対するＸ線の入
射角を低入射角（たとえば２゜〜３゜）に固定して、Ｘ
線検出器だけを２θ回転する方法が知られている（この
方法では、試料台に薄膜アタッチメントを設ける）。こ
のようにすれば、Ｘ線の薄膜通過距離を長くすることが
出来て、薄膜からの回折強度を大きくすることができ
る。これらの方法はいずれも多結晶試料を用いる粉末法
であり、単結晶や高度に配向した薄膜試料（Ｌ．Ｂ膜
等）の構造評価は原理的に不可能であつた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】 （１）[０００２]の薄膜アタッチメント法においても、
薄膜が薄くなればなるほど、相対的に基板からの散乱の
影響が大きくなり、鮮明な回折プロファイルを得るのは
困難になって来る。最近、Ｌ．Ｂ膜で代表されるよう
に、原子、分子が高度に配列制御された超薄膜の構造評
価技術が強く求められている現状から、本課題の解決が
望まれる。 （２）[０００２]の薄膜アタッチメント法は原理的に単
結晶や高度に配向した分子性結晶薄膜の評価には用いら
れない。特に、薄膜面内の凝集構造の評価法の開発は緊
急の課題である。 （３）産業上有用な機能性薄膜の創製法の一つに真空蒸
着法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の乾式法があ
る。この方法は基板温度や蒸着速度等のパラメータを変
化させて結晶構造や高次構造を制御出来るが、そのため
には、成長中の薄膜の構造の”その場”での観察が必要
となる。この”その場”解析に当たっては真空槽内に分
析装置を設置しなければならず、装置としてはなるべく
可動部分のないものが望ましい。そこで、上述の[００
０２]の薄膜アタッチメント法はＸ線検出器を回転させ
なければならず、”その場”解析には向いていない。 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は上述の課題（１）、（３）の解決は基よ
り、特に、（２）の面内凝集構造の評価法の開発にあ
る。 【０００４】 【課題を解決するための手段】課題（１）の解決はＸ線
の全反射現象を利用しておこなわれる。すなわち、基板
上に形成された薄膜に低角にＸ線を入射させて薄膜と基
板の境界面で全反射させると、基板へのＸ線の侵入深さ
は数ｎｍ程度になり基板からの散乱が著しく減少する。
その結果、薄膜からの回折Ｘ線相対強度（Ｓ／Ｎ比）の
約二桁の改善によって、単分子膜等の超薄膜の構造解析
が可能になる。詳しい説明は関連特許出願（参考文献：
出願番号６３ー８２３５９）を参照されたい。課題
（２）は面内凝集構造の評価法の開発で解決される。
ところで、エネルギー分散方式全反射薄膜Ｘ線回折計は
分光系の幾何学的配置の違いによつて、二つの方式が構
成できる。 図１に、両方式のエヴァルド構成図をＬＢ
膜（分子鎖が基板に対して垂直に配向している）の観測
例として示した。１つは長周期構造（00L反射）観測の
回折条件で、回折ベクトルがKvであり、散乱面は基板面
に垂直になる。従って垂直タイプ全反射薄膜Ｘ線回折法
と名づける。このタイプの逆格子ベクトル（σ00L） は
基板に垂直で、分子の縦方向の構造（スッタキング）が
観測できる（関連特許出願、出願番号６３ー８２３５
９）。。他のシステムは回折ベクトルがKpで、散乱面が
基板面に平行となり、平行タイプ全反射薄膜Ｘ線回折法
とする。このタイプの逆格子ベクトル（σhk0）は基板
に対して平行なので、分子の横方向の構造（サイドパッ
キング）が観測される。さらに、これは視射角φが非常
に小さいため、散乱面が薄膜内に存在するのでIn-Plane
（面内）全反射Ｘ線回折法として本特許出願の発明とし
た。課題（３）の”その場”解析は本手法がエネルギー
分散型回折計のために本質的に可動部がないことによつ
て容易にできる。 【０００５】 【実施例】図２に全反射面内薄膜Ｘ線回折装置の概略図
を示した。 Ｘ線源にはMo（モリブデン）の白色Ｘ線を
用いる。 このために、光学系が固定（２θ：一定）さ
れていても、ブラッグの回折条件を満たす複数の回折Ｘ
線を同時に、しかも、広いＱ（momentum transfer vect
or）にわたって観測することができる。Ｘ線源はライン
フォーカスを用いるので発散角2×10-3deg以下の入射角
設定用ソーラースリット（１２）を用いる。全反射角度
の設定のために入射角設定用スリット（１１）で視射角
φを調節する。 これらの入射スリットシステムは３軸
調整機能を有する。 薄膜からの回折Ｘ線は回折角（２
θ）設定用ソーラースリット（１４）と面内回折線の散
乱Ｘ線制限スリット（１３）で構成されるスリットシス
テムを経てしＳｉ（Ｌｉ）固体Ｘ線検出器ＳＳＤでエネ
ルギー分析される。 【０００６】（実験）図２の概略図に示した水平タイプ
回折法を用いて分子軸（ｃ軸）が基板面に垂直に配向し
た時の温度変化に伴う分子のサイドパッキング（面内凝
集構造）を測定した。 トリトリアコンタン（ｎ−Ｃ33
Ｈ68）を用い、 真空度 1x10-6Torr、 蒸着速度 1A/sec
の条件下で、光学研磨した石英ガラス基板に蒸着し蒸着
膜（膜厚4000A）とそのバルクを試料とした。 基板上
に機械的に配向させたバルク試料の温度変化に伴う200,
110反射回折プロファイルを蒸着膜との比較のため図３
に示した。 斜方晶及び単斜晶から六方晶（回転相）へ
の相転移が同図から良くわかり、転移温度や格子定数値
は文献値と良く一致している。 図４に蒸着薄膜のＸ線
回折プロファイルを示す。バルク試料に較べて明らかに
異なった結晶構造を示していて、蒸着直後の分子の凝集
構造は六方晶で昇温で直接回転相の六方晶へ転移してい
る。さらに、降温２日後の測定では安定な斜方晶に変化
していて蒸着によって、コンフォメ−ション変化を含む
分子間の乱れの導入が示唆される。 【０００７】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、薄膜に白
色Ｘ線を低角で入射させ、薄膜と基板との境界面での全
反射効果によるＳ／Ｎ比の著しい改善を達成し、更に、
面内構造の観測が出来る分光系の考案によって実験例で
示したように、分子凝集構造に関する新しい知見がえら
れた。 又、機械的可動部分を必要としないので、真空
中での”その場”観測を容易にする。以上述べたよう
に、本発明による面内構造やエピタキシャル配向のin-s
itu測定は他に手段がなく超薄膜の構造評価に威力を発
揮し、各分野での新材料開発研究の新手法として広く利
用されると考えられる。
膜の面内結晶構造、高次構造の評価を行うＸ線回折法に
関する。 【０００２】 【従来の技術】最も一般的な回折法は、単色Ｘ線を利用
するもので、試料に対するＸ線の入射角をθとすると、
試料を角度θで、Ｘ線検出器を角度２θで回転させて、
回折ピークを測定する、いわゆるθー２θ走査法であ
る。 しかし、この方法で基板上の薄膜を測定すると、
薄膜下の基板からの散乱が強く、相対的に薄膜からの回
折強度が弱くなり、Ｓ／Ｎ比が小さくなつてしまう。そ
こで、多結晶薄膜試料に対しては試料に対するＸ線の入
射角を低入射角（たとえば２゜〜３゜）に固定して、Ｘ
線検出器だけを２θ回転する方法が知られている（この
方法では、試料台に薄膜アタッチメントを設ける）。こ
のようにすれば、Ｘ線の薄膜通過距離を長くすることが
出来て、薄膜からの回折強度を大きくすることができ
る。これらの方法はいずれも多結晶試料を用いる粉末法
であり、単結晶や高度に配向した薄膜試料（Ｌ．Ｂ膜
等）の構造評価は原理的に不可能であつた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】 （１）[０００２]の薄膜アタッチメント法においても、
薄膜が薄くなればなるほど、相対的に基板からの散乱の
影響が大きくなり、鮮明な回折プロファイルを得るのは
困難になって来る。最近、Ｌ．Ｂ膜で代表されるよう
に、原子、分子が高度に配列制御された超薄膜の構造評
価技術が強く求められている現状から、本課題の解決が
望まれる。 （２）[０００２]の薄膜アタッチメント法は原理的に単
結晶や高度に配向した分子性結晶薄膜の評価には用いら
れない。特に、薄膜面内の凝集構造の評価法の開発は緊
急の課題である。 （３）産業上有用な機能性薄膜の創製法の一つに真空蒸
着法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の乾式法があ
る。この方法は基板温度や蒸着速度等のパラメータを変
化させて結晶構造や高次構造を制御出来るが、そのため
には、成長中の薄膜の構造の”その場”での観察が必要
となる。この”その場”解析に当たっては真空槽内に分
析装置を設置しなければならず、装置としてはなるべく
可動部分のないものが望ましい。そこで、上述の[００
０２]の薄膜アタッチメント法はＸ線検出器を回転させ
なければならず、”その場”解析には向いていない。 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は上述の課題（１）、（３）の解決は基よ
り、特に、（２）の面内凝集構造の評価法の開発にあ
る。 【０００４】 【課題を解決するための手段】課題（１）の解決はＸ線
の全反射現象を利用しておこなわれる。すなわち、基板
上に形成された薄膜に低角にＸ線を入射させて薄膜と基
板の境界面で全反射させると、基板へのＸ線の侵入深さ
は数ｎｍ程度になり基板からの散乱が著しく減少する。
その結果、薄膜からの回折Ｘ線相対強度（Ｓ／Ｎ比）の
約二桁の改善によって、単分子膜等の超薄膜の構造解析
が可能になる。詳しい説明は関連特許出願（参考文献：
出願番号６３ー８２３５９）を参照されたい。課題
（２）は面内凝集構造の評価法の開発で解決される。
ところで、エネルギー分散方式全反射薄膜Ｘ線回折計は
分光系の幾何学的配置の違いによつて、二つの方式が構
成できる。 図１に、両方式のエヴァルド構成図をＬＢ
膜（分子鎖が基板に対して垂直に配向している）の観測
例として示した。１つは長周期構造（00L反射）観測の
回折条件で、回折ベクトルがKvであり、散乱面は基板面
に垂直になる。従って垂直タイプ全反射薄膜Ｘ線回折法
と名づける。このタイプの逆格子ベクトル（σ00L） は
基板に垂直で、分子の縦方向の構造（スッタキング）が
観測できる（関連特許出願、出願番号６３ー８２３５
９）。。他のシステムは回折ベクトルがKpで、散乱面が
基板面に平行となり、平行タイプ全反射薄膜Ｘ線回折法
とする。このタイプの逆格子ベクトル（σhk0）は基板
に対して平行なので、分子の横方向の構造（サイドパッ
キング）が観測される。さらに、これは視射角φが非常
に小さいため、散乱面が薄膜内に存在するのでIn-Plane
（面内）全反射Ｘ線回折法として本特許出願の発明とし
た。課題（３）の”その場”解析は本手法がエネルギー
分散型回折計のために本質的に可動部がないことによつ
て容易にできる。 【０００５】 【実施例】図２に全反射面内薄膜Ｘ線回折装置の概略図
を示した。 Ｘ線源にはMo（モリブデン）の白色Ｘ線を
用いる。 このために、光学系が固定（２θ：一定）さ
れていても、ブラッグの回折条件を満たす複数の回折Ｘ
線を同時に、しかも、広いＱ（momentum transfer vect
or）にわたって観測することができる。Ｘ線源はライン
フォーカスを用いるので発散角2×10-3deg以下の入射角
設定用ソーラースリット（１２）を用いる。全反射角度
の設定のために入射角設定用スリット（１１）で視射角
φを調節する。 これらの入射スリットシステムは３軸
調整機能を有する。 薄膜からの回折Ｘ線は回折角（２
θ）設定用ソーラースリット（１４）と面内回折線の散
乱Ｘ線制限スリット（１３）で構成されるスリットシス
テムを経てしＳｉ（Ｌｉ）固体Ｘ線検出器ＳＳＤでエネ
ルギー分析される。 【０００６】（実験）図２の概略図に示した水平タイプ
回折法を用いて分子軸（ｃ軸）が基板面に垂直に配向し
た時の温度変化に伴う分子のサイドパッキング（面内凝
集構造）を測定した。 トリトリアコンタン（ｎ−Ｃ33
Ｈ68）を用い、 真空度 1x10-6Torr、 蒸着速度 1A/sec
の条件下で、光学研磨した石英ガラス基板に蒸着し蒸着
膜（膜厚4000A）とそのバルクを試料とした。 基板上
に機械的に配向させたバルク試料の温度変化に伴う200,
110反射回折プロファイルを蒸着膜との比較のため図３
に示した。 斜方晶及び単斜晶から六方晶（回転相）へ
の相転移が同図から良くわかり、転移温度や格子定数値
は文献値と良く一致している。 図４に蒸着薄膜のＸ線
回折プロファイルを示す。バルク試料に較べて明らかに
異なった結晶構造を示していて、蒸着直後の分子の凝集
構造は六方晶で昇温で直接回転相の六方晶へ転移してい
る。さらに、降温２日後の測定では安定な斜方晶に変化
していて蒸着によって、コンフォメ−ション変化を含む
分子間の乱れの導入が示唆される。 【０００７】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、薄膜に白
色Ｘ線を低角で入射させ、薄膜と基板との境界面での全
反射効果によるＳ／Ｎ比の著しい改善を達成し、更に、
面内構造の観測が出来る分光系の考案によって実験例で
示したように、分子凝集構造に関する新しい知見がえら
れた。 又、機械的可動部分を必要としないので、真空
中での”その場”観測を容易にする。以上述べたよう
に、本発明による面内構造やエピタキシャル配向のin-s
itu測定は他に手段がなく超薄膜の構造評価に威力を発
揮し、各分野での新材料開発研究の新手法として広く利
用されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】全反射薄膜Ｘ線回折法のエバルト構成図を示
す。基板に垂直な散乱面（ベクトル：Ｓｖ，Ｋｖ，Ｋｏ
を含む）での回折を垂直法（積層測定）、他を、水平法
（面内構造測定）と定義する。 【図２】エネルギ−分散型全反射面内薄膜Ｘ線回折法の
概略図 【図３】ｎ−アルカン結晶の基板へのＣ軸配向粉末試料
の面内回折法によるＸ線回折プロファイル 【図４】ｎ−アルカン結晶のＣ軸配向蒸着膜試料の面内
回折法によるＸ線回折プロファイル 【符号の説明】 １０ 基板（薄膜） １１ 全反射設定用スリット １２ 入射角設定用ソーラスリット １３ 散乱Ｘ線制限スリット １４ 回折角設定ソーラスルット １５ Ｓｉ（Ｌｉ）固体Ｘ線検出器
す。基板に垂直な散乱面（ベクトル：Ｓｖ，Ｋｖ，Ｋｏ
を含む）での回折を垂直法（積層測定）、他を、水平法
（面内構造測定）と定義する。 【図２】エネルギ−分散型全反射面内薄膜Ｘ線回折法の
概略図 【図３】ｎ−アルカン結晶の基板へのＣ軸配向粉末試料
の面内回折法によるＸ線回折プロファイル 【図４】ｎ−アルカン結晶のＣ軸配向蒸着膜試料の面内
回折法によるＸ線回折プロファイル 【符号の説明】 １０ 基板（薄膜） １１ 全反射設定用スリット １２ 入射角設定用ソーラスリット １３ 散乱Ｘ線制限スリット １４ 回折角設定ソーラスルット １５ Ｓｉ（Ｌｉ）固体Ｘ線検出器
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 次の各段階からなるエネルギ−分散型全反射面内薄膜Ｘ
線回折法。 （ａ）被測定薄膜が基板上に形成されている試料を準備
する段階。 （ｂ）前期薄膜に白色Ｘ線を基板面に低角に入射して、
薄膜と基板との境界面でＸ線を全反射させる段階。 （ｃ）前記試料表面に対して散乱面（入射、回折、およ
び散乱の各ベクトルを含む面）が平行位置にあり、か
つ、試料との相対位置関係が固定されている固体Ｘ線検
出器で、前記試料からの回折Ｘ線を測定する段階。 （ｄ）前記固体Ｘ線検出器からの出力信号をエネルギ−
分析して、各エネルギ−におけるＸ線強度デ−タから結
晶構造を求める段階。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3274835A JPH0587747A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | エネルギー分散型全反射面内薄膜ｘ線回折法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3274835A JPH0587747A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | エネルギー分散型全反射面内薄膜ｘ線回折法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587747A true JPH0587747A (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=17547251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3274835A Pending JPH0587747A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | エネルギー分散型全反射面内薄膜ｘ線回折法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0587747A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5285934A (en) * | 1991-01-14 | 1994-02-15 | Ryobi, Ltd. | Automatic molten metal supplying device |
| EP0578387B1 (en) * | 1992-06-17 | 1998-03-18 | Ryobi Ltd. | Low pressure die-casting machine and low pressure die-casting method |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP3274835A patent/JPH0587747A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5285934A (en) * | 1991-01-14 | 1994-02-15 | Ryobi, Ltd. | Automatic molten metal supplying device |
| EP0578387B1 (en) * | 1992-06-17 | 1998-03-18 | Ryobi Ltd. | Low pressure die-casting machine and low pressure die-casting method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Vlieg et al. | Geometric structure of the NiSi2 Si (111) interface: An X-ray standing-wave analysis | |
| Nicklin et al. | Diamond beamline I07: a beamline for surface and interface diffraction | |
| Takahasi et al. | X-ray diffractometer for studies on molecular-beam-epitaxy growth of III–V semiconductors | |
| Resel et al. | Multiple scattering in grazing-incidence X-ray diffraction: impact on lattice-constant determination in thin films | |
| Katmis et al. | Insight into the growth and control of single-crystal layers of Ge–Sb–Te phase-change material | |
| Ishida et al. | Structural evaluation of epitaxially grown organic evaporated films by total reflection x‐ray diffractometer | |
| Prakash et al. | X-ray diffraction study of the in-plane structure of an organic multilayer (“langmuir—blodgett”) film | |
| McWhan | Structure of chemically modulated films | |
| Nakasu et al. | Control of domain orientation during the MBE growth of ZnTe on a-plane sapphire | |
| Takahasi | X-ray diffraction study of crystal growth dynamics during molecular-beam epitaxy of III–V semiconductors | |
| JPH0422218B2 (ja) | ||
| JPH0587747A (ja) | エネルギー分散型全反射面内薄膜ｘ線回折法 | |
| Satapathy et al. | Azimuthal reflection high-energy electron diffraction study of MnAs growth on GaAs (001) by molecular beam epitaxy | |
| Takahasi | In situ synchrotron X-ray diffraction study on epitaxial-growth dynamics of III–V semiconductors | |
| Picraux et al. | Axial channeling studies of strained-layer superlattices | |
| Hayashi et al. | Effect of applied electric field on the molecular orientation of epitaxially grown organic films | |
| Raghothamachar et al. | X-ray topography techniques for defect characterization of crystals | |
| Bedzyk et al. | Probing the polarity of ferroelectric thin films with x-ray standing waves | |
| Scamarcio et al. | Structural and vibrational properties of (InAs) m (GaAs) n strained superlattices grown by molecular beam epitaxy | |
| Kužel et al. | On X-ray diffraction study of microstructure of ZnO thin nanocrystalline films with strong preferred grain orientation | |
| Willmott et al. | In situ studies of complex PLD-grown films using hard X-ray surface diffraction | |
| Banshchikov et al. | Epitaxial layers of nickel fluoride on Si (111): growth and stabilization of the orthorhombic phase | |
| Akimoto et al. | MBE apparatus for in situ grazing incidence x‐ray diffraction | |
| Horning et al. | X‐ray observation of twin faults in (1, 1, 1) CdTe epitaxial layers and in (1, 1, 1) Hg1− x X x Te/CdTe superlattices | |
| Viegers et al. | Characterization of structural features in thin layers of GaAs, Al (x) Ga (1-x) As and AlAs by means of structure factor imaging and high resolution electron microscopy |