18KW粉末X射线衍射仪的多功能样品台开发

2013-04-09  来源:

立项年度:2010    负责人:杨立红

完成年度:2012    完成单位:中国科学院物理研究所

一、项目科学意义或主要作用或升级部分对原有设备的重要性(100-200字)

本项目是在18KW转靶粉末X射线衍射仪(θ-2θ型卧式测角仪)中建立一套能够实现三轴旋转的多功能样品台,用于单晶薄膜的结构测定研究工作。使用该多功能样品台可以进行Φ轴、θ轴、χ轴的三轴旋转,测定单晶薄膜的物相、结晶质量、薄膜外延和面内晶体结构。此样品台的开发成功,扩大了单晶薄膜的面内晶面的探测范围,尤其是首次在18KW转靶粉末X射线衍射仪上实现低衍射角度晶面的探测。得到更为精确的外延薄膜结构参数。对理解单晶薄膜结构与薄膜生长、物理性能的关系有重要意义。且为区域共享平台提供更为完善的设备功能。

具备三轴旋转多功能样品台的18KW转靶粉末X射线衍射仪核心部件-

三轴旋转的多功能样品台

二、已完成项目可重点介绍升级部分主要指标或先进功能性及已在科研工作中发挥的作用(一到两张图片,400-600字)

本项目是在18KW转靶粉末X射线衍射仪(θ-2θ型卧式测角仪)中建立一套能够实现三轴旋转的多功能样品台,用于单晶薄膜的物相、结晶、外延质量以及面内结构等研究工作。较于此台X射线衍射仪的原有的两轴旋转薄膜样品台,多功能样品台不但保留了原有的两轴旋转,而且增加了薄膜面内倾斜的动作,即χ轴旋转。目前,多功能样品台主要由可旋转的θ轴、χ轴、Φ轴三部分组成。θ轴是基于样品垂直于水平面的旋转角度,也是布拉格衍射中的角度,它的旋转角度范围为0-80°,即样品可以在这个范围中自由转动。Φ轴是样品的360°自旋转,可以分别实现“Free Spin”模式和以固定速度、步长旋转模式。其目的是实现单晶薄膜结构中相同d面间距晶面组的衍射。增加的χ轴是样品实现面内倾斜的功能,其目的是实现单晶薄膜中不与薄膜表面平行的晶面的衍射。χ轴的增加使得更多的薄膜的面内晶面实现衍射。

该多功能样品台的主要技术指标:

1.    θ轴:

旋转范围:0-80º;

步长:0.005/step。

2.    Φ轴:

旋转范围:0-360º旋转

动作模式:“Free Spin”模式和以固定速度、步长旋转模式;

步长:0.36º/step;

速度:“Free spin”模式下60转/分,固定速度下可选择。

3.    χ轴:

旋转范围:-30~30°;º

步长:旋转步长可选取0.01-1之间的任何的值进行动作;

速度:旋转速度可选取0.01-1 º/s之间的任何的值进行动作。

多功能样品台的外部图多功能样品台的内部图

先进功能性:

世界上先进的具有三轴旋转的薄膜样品台均装配在θ-θ立式测角仪衍射仪上,但是,衍射仪的功率大都较低,为3KW功率光源,使得在单晶薄膜结构测定中灵敏度和分辨率不足。目前开发完毕的多功能样品台不但实现了装配在θ-2θ卧式测角仪系统上,且相较于衍射仪中原有的薄膜样品台增加χ轴-30~30°旋转,增加了薄膜面内晶面的探测范围,尤其是在此衍射仪上首次实现了低角度面内衍射晶面的探测。另外,利用18KW的高功率光源,进一步提高了衍射的精度和强度。使得薄膜的面内晶面可以被更多的探测,得到更为详细的外延薄膜结构参数和生长参数,为薄膜生长和物理性能的研究提供更多的结构信息。拓展了18KW转靶X射线衍射仪的单晶薄膜结构测定功能,提高设备在共享平台的利用效率。

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