Optimisation du signal XRD à partir des surfaces et des couches minces
Dans la diffraction à incidence rasante des rayons X (GIXRD), un faisceau de rayons X est dirigé vers un échantillon à un angle d'incidence très faible, généralement inférieur à un degré, ce qui provoque l'interaction des rayons X avec les quelques nanomètres supérieurs du matériau. Il en résulte une figure de diffraction très sensible aux propriétés cristallographiques de la région de surface.
Dans la diffraction des rayons X (XRD) classique, les rayons X sont incidents sur l'échantillon sur une large gamme d'angles, ce qui donne une figure de diffraction à partir d'une profondeur de plusieurs microns dans l'échantillon. En revanche, dans la GIXRD, l'angle du faisceau incident est fixé sur un angle faible qui est optimisé pour une faible profondeur de pénétration spécifique afin de contrôler le volume du matériau mesuré. Elle est spécialement conçue pour éviter le signal provenant du dessous d'une surface ou d'une couche mince.
Pour effectuer des mesures de GIXRD et obtenir des données de qualité optimale, des optiques à faisceau incident et à faisceau diffracté spécialisées sont utilisées.
Dans les mesures de GIXRD, le faisceau de rayons X est dirigé vers l'échantillon à un angle d'incidence très faible, généralement inférieur à un degré. L'alignement de l'échantillon dans le faisceau est optimisé pour s'adapter au format de l'échantillon et à la profondeur de pénétration requise. Le faisceau incident est fixé sur l'angle du faisceau incident optimisé tout au long de la mesure.
La figure de diffraction est recueillie à l'aide d'une optique à faisceau diffracté appropriée et du détecteur le plus adapté, puis analysée à l'aide d'un logiciel tel que HighScore pour déterminer la structure cristalline ou la composition des phases de la couche superficielle. En recueillant les données de plusieurs angles de faisceau incident, les chercheurs peuvent obtenir des informations sur la phase, l'épaisseur, la densité et l'orientation cristallographique des couches superficielles.
La GIXRD va de pair avec d'autres méthodes de diffraction de poudre* et elle est principalement utilisée pour l'identification de phase et la quantification de tous les types de matériaux polycristallins. Elle peut également prendre en charge les mesures de contraintes résiduelles dans les couches minces et les surfaces.
La GIXRD convient à tout matériau polycristallin où l'accent est mis sur les couches superficielles. Elle est également utile pour les couches minces lorsque la diffusion à partir du substrat peut potentiellement cacher ou dominer la diffusion relativement faible à partir d'une couche mince.
(* « Diffraction de poudre » est un terme utilisé pour décrire une classe de mesures de XRD utilisées pour les matériaux polycristallins sous forme de poudre ou solide.)
HighScore est un outil puissant permettant d'analyser les données de la GIXRD, afin que les chercheurs puissent identifier rapidement et précisément les phases et quantifier la composition de plusieurs phases. Le logiciel peut également être utilisé pour la détermination de l'épaisseur de la couche, la simulation de plusieurs couches et la mesure de la taille des cristallites.
Pour l'analyse des contraintes résiduelles, le progiciel Stress Plus permet d'analyser les contraintes des couches minces.
L'un des plus grands avantages de la GIXRD est qu'il s'agit d'une technique non destructive, ce qui signifie qu'elle peut être utilisée pour étudier des échantillons sans les altérer ou les endommager. Ceci est particulièrement important pour les revêtements, dont l'intégrité de la couche mince doit être entretenue.
La GIXRD est le meilleur moyen de maximiser le signal des couches minces polycristallines ou des couches superficielles qui seraient autrement dominées par le substrat sous-jacent. Elle fournit une figure de diffraction plus propre et plus facile à analyser.
La GIXRD est une technique quantitative, elle peut donc fournir une mesure sans étalonnage de la composition des phases dans les matériaux polycristallins à plusieurs phases.
Malvern Panalytical est l'un des principaux fabricants d'instruments d'analyse pour la science et la recherche des matériaux, y compris les systèmes Aeris, Empyrean et X'Pert3 MRD pour la XRD. Ces solutions sont spécialement conçues pour effectuer des mesures de GIXRD et, avec l'analyse, elles offrent un certain nombre de fonctionnalités et de capacités avancées pour les couches minces polycristallines à l'aide des logiciels Stress Plus et HighScore.
Le système Aeris XRD compact est un diffractomètre à rayons X haute performance idéal pour étudier les propriétés cristallographiques des couches minces et des surfaces à l'aide de la GIXRD. Il est équipé d'une gamme de fonctionnalités avancées, y compris des détecteurs haute résolution, un support d'échantillon motorisé et une gamme de modes de mesure pour plus de flexibilité et de précision.
Notre logiciel HighScore est un outil d'analyse de données puissant conçu pour fonctionner facilement avec Aeris Édition Research, fournissant une solution complète pour les mesures et les analyses de GIXRD. Il comprend une gamme d'outils avancés de traitement et de visualisation des données, ainsi que des algorithmes puissants pour identifier les structures cristallines et effectuer des analyses quantitatives.
Ensemble, Aeris et le logiciel HighScore s'associent pour fournir une solution puissante et polyvalente qui permet d'effectuer des mesures et des analyses de GIXRD en complément de la XRD classique, offrant aux chercheurs la possibilité d'étudier les propriétés cristallographiques d'une large gamme de matériaux avec une précision inégalée. Qu'il s'agisse d'étudier des couches minces, des surfaces ou des matériaux en vrac, ces outils sont un élément essentiel de tout laboratoire de science des matériaux.
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