斜入射X線回折(GIXRD)

GIXRD分析について

斜入射X線回折(GIXRD)では、X線ビームが非常に低い入射角(通常は1度未満)でサンプルに照射され、X線は材料上部の数ナノメートルの部分のみと相互作用します。これにより、表面領域の結晶学的特性に対して非常に敏感な回折パターンが得られます。 

従来のX線回折(XRD)では、X 線が広範囲の角度にわたりサンプルに入射し、サンプル内の数ミクロンの深さから回折パターンを取得していました。一方、GIXRDでは、測定される材料の体積を制御するために、入射ビーム角度が低い角度に固定され、特定の小さな貫通深さに最適化されます。  表面や薄膜の下からの信号を回避するように特別に設計されています。 

GIXRD測定を可能にし、最高品質のデータを取得するために、特殊な入射ビームと回折ビームの光学系が採用されています。

測定方法

GIXRD測定では、X線ビームは非常に低い入射角（通常は1度未満）でサンプルに照射されます。ビーム内のサンプルの位置合わせは、サンプルのサイズと必要な貫通深さに合わせて最適化されています。入射ビームは、測定全体を通じて最適化された入射ビーム角度に固定されます。 

回折パターンは、適切な回折ビーム光学系と最適な検出器を使用して収集され、Highscoreなどのソフトウェアを使用して分析され、表面層の結晶構造や相組成が決定されます。さまざまな入射ビーム角度でデータを収集することで、表面層の位相、厚さ、密度、結晶方位に関する情報を得ることができます。 

斜入射X線回折の用途

GIXRDは、他の粉末回折*法と連携しており、主にあらゆる種類の多結晶材料の相同定と定量化に使用されます。また、薄膜や表面の残留応力測定にも対応しています。

GIXRDは、表面層が重視されるあらゆる多結晶材料に適しています。また、基材からの散乱が薄層からの比較的弱い散乱を潜在的に隠したり影響したりする可能性がある場合、薄膜にも有用です。

(*「粉末回折」は、粉末状または固体状の多結晶材料に使用されるXRD測定の分類を表す用語です。) 

GIXRDデータの分析方法

HighScore は、GIXRDデータを分析するための強力なツールであり、研究者が相を迅速かつ正確に同定し、多相組成を定量化することができます。このソフトウェアは、膜厚の決定、多層シミュレーション、および結晶の大きさの測定にも使用できます。

残留応力分析の場合は、ソフトウェアパッケージStress Plusを使用して薄膜の応力を分析できます。

GIXRDのメリット

非破壊的

GIXRDの最大の利点の1つは、非破壊技術であることです。つまり、サンプルを変更したり損傷したりすることなく、サンプルの研究のために使用できることを意味します。これは、薄膜の完全性を維持しなければならないコーティングの場合に特に重要です。 

表面感度 

GIXRDは、基材からの影響を受ける多結晶薄膜または表面層からの信号を最大化するための最良の方法です。これにより、より鮮明な回折パターンが得られ、分析が容易になります。 

定量

GIXRDは定量的手法であり、多相多結晶材料中の相組成をキャリブレーション不要で測定できることを意味します。

当社の機器とソフトウェア

Malvern Panalyticalは、XRD用のAeris、Empyrean、X’Pert³ MRDシステムなど、材料科学および研究用の分析機器のトップメーカーです。これらのソリューションは、GIXRD測定を可能にするように特別に設計されており、Stress PlusとHighscoreソフトウェアを使用した分析と併せて、多結晶薄膜に関する多くの高度な機能を提供します。

GIXRD測定にAeris XRDをご検討ください

AerisコンパクトXRDは、GIXRDを使用して薄膜や表面の結晶学特性を研究するのに最適な、高性能のX線回折装置です。高分解能検出器、電動サンプルステージ、最大限の柔軟性と精度を実現するさまざまな測定モードなど、幅広い高度な機能を備えています。

当社のHighscoreソフトウェアは、Aeris Research Editionとシームレスに連携するように設計された強力なデータ分析ツールで、GIXRD測定と分析のための包括的なソリューションを提供します。これには、さまざまな高度なデータ処理および可視化ツールに加え、結晶構造を同定して定量分析を実行するための強力なアルゴリズムが含まれています。

AerisとHighscoreソフトウェアを組み合わせることで、従来のXRDと並行してGIXRD測定と分析を可能にする強力で汎用性の高いソリューションが提供され、研究者は、幅広い材料の結晶特性を比類ない精度と正確性で研究できるようになります。薄膜、表面、バルク材料のいずれを研究する場合でも、これらのツールは、材料科学ラボにとって不可欠な部分です。