[发明专利]一种获得高品质薄膜样品X射线吸收谱的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种获取X射线吸收谱的方法，具体涉及一种获得高品质薄膜样品X射线吸收谱的方法。

背景技术

近年来，III族氮化物半导体材料（氮化铟,氮化镓,氮化铝）作为优越的第三代半导体材料,在光电子产业（包括白光照明）、高频高速器件、大功率器件、雷达技术、紫外探测器件等诸多领域受到广泛的研究并取得应用。然而，III族氮化物半导体材料大多是在异质衬底上制备获得的。目前，在硅基底和蓝宝石衬底上外延生长高质量III族氮化物和相关掺杂研究成为整个III族氮化物全面应用研究的新一轮热潮，也迫切希望能够进行相关的电学/光学性质，掺杂影响/机理方面的研究工作，为进一步的薄膜材料生长和物性分析提供实验数据。另外，基于铁电薄膜的集成铁电元件在计算机信息存储、数据处理方面也有重要的应用前景，如铁电场效应晶体管、动态随机存储器以及可调微波元件等。集成铁电电子元器件在应用研发中，如欲增大集成度、提高性能和可靠性，也迫切需要弄清楚制备过程和失效过程中的几个科学问题，以薄膜表面界面、尺寸效应、铁电疲劳最为突出。这些问题的研究进展将有望对集成铁电学的发展产生明显的推动。此外，某些过渡族金属元素掺入半导体薄膜中而形成的稀磁半导体因兼具铁磁性和半导体导电性质，是未来自旋电子学的关键材料。对薄膜表面结构和掺杂元素的局域结构研究将为探索解决稀磁半导体材料制备及改性难题提供新的途径。

同步辐射硬X射线吸收光谱技术在研究凝聚态物质中原子的局域环境结构已取得许多有意义的成果。基于X射线掠入射技术，人们通过调节X射线的掠入射角可控制X-射线的穿透深度。借助于掠入射X射线吸收光谱技术，人们可探测薄膜表面或界面上特定原子的占位，提供键长，配位数等原子近邻结构信息，利用吸收谱的近边特征可得到与特定原子对称性，电子结构有关的信息，这类信息对理解薄膜表面的化学和物理过程乃至相关实际应用具有重要价值。

为了探测薄膜样品特定元素的局域结构和电子结构特征，荧光模式下的X射线吸收光谱方法是较为理想的方法，如图1所示，前电离室及荧光探测器构成了荧光X射线吸收光谱实验设置。前电离室探测入射光强度I₀；荧光探测器接收样品产生的荧光，荧光强度I_f正比于X射线吸收几率，在特定的能量范围进行能量扫描，并逐点采集I₀及I_f，得到的I_f对I₀的比值与能量关系曲线。这里，荧光探测器接收到的X射线既包含与感兴趣元素对应的荧光谱线，又包含单晶基底的衍射，以及以弹性和非弹性（Compton）散射X射线等。其中感兴趣元素的荧光谱线强度I_f作为X射线吸收光谱的信号强度,而单晶基底的衍射以及弹性和非弹性散射则构成背底信号。高品质的荧光模式下X射线吸收光谱测量技术要求抑制背底信号部分，提高待测元素荧光信号的比例，从而提高了信噪比。

本领域技术人员知道，薄膜样品在许多情况下是在硅基底、蓝宝石和石英等单晶衬底上制备而得的，实验所得的X射线吸收谱会混合有一定数量的因单晶衬底而致衍射信号，因此，将X射线吸收光谱中的基底贡献减少到最小，并弱化X射线吸收光谱中的衍射峰等，是薄膜样品的高品质X射线吸收谱测量技术中亟待解决的问题。

现有技术公开了通过快速旋转薄膜样品，以减少其基底的衍射效应的技术方案，然而，样品的颤动或摇摆，也会带来X射线吸收光谱的误差。此外，本领域技术人员也尝试选择不同的入射角度，收集X射线吸收光谱，然而，有的时候衍射峰仅仅改变峰位置，并不会消失。还有就拼接不同入射角度下的X射线吸收光谱，从实验数据中扣除衍射峰效应，这种情况下，要求每次测量的薄膜样品表面均一，背底完全一致；能量分辨的探测器也在许多情况下能起很好作用，因为衍射峰和样品荧光峰能量有很大区别，探测器只接受样品产生的荧光，然而，当衍射峰足够强的时候，会导致能量分辨探测器短暂失明，不利于能量分辨探测器正常工作。

因此，迫切需要提出一种简单易行的获取高品质薄膜样品X射线吸收谱的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种获取高品质薄膜样品X射线吸收谱的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在薄膜样品的测量过程中，采用干式胶片曝光薄膜样品衬底所致衍射斑点后，通过铅皮遮蔽衍射斑，阻止衬底所致的衍射信号进入探测器，从而得到高品质薄膜样品X射线吸收谱。

更具体地，本发明所述的方法包括如下步骤：

（1）准备X射线吸收谱学探测装置的采谱前工作；