X射線衍射儀在電子與半導體工業中的應用

半導體材料與器件表征（1）單晶襯底質量評估晶格參數測定：精確測量硅(Si)、鍺(Ge)、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等襯底的晶格常數，確保與外延層匹配示例：SiC襯底的4H/6H多型體鑒別（晶格常數差異*0.1%）結晶完整性分析：通過搖擺曲線（Rocking Curve）評估單晶質量（半高寬FWHM反映位錯密度）檢測氧沉淀、滑移位錯等缺陷（應用于SOI晶圓檢測）（2）外延薄膜表征應變/應力分析：測量SiGe/Si、InGaAs/GaAs等異質結中的晶格失配應變通過倒易空間映射（RSM）區分彈性應變與塑性弛豫案例：FinFET中Si溝道層的應變工程優化（提升載流子遷移率20%+）厚度與成分測定：應用X射線反射（XRR）聯用技術測量超薄外延層厚度（分辨率達?級）通過Vegard定律計算三元化合物（如AlGaN）的組分比例（3）高k介質與金屬柵極非晶/納米晶相鑒定：分析HfO?、ZrO?等高k介質的結晶狀態（非晶態可降低漏電流）熱穩定性研究：原位XRD監測退火過程中的相變（如HfO?單斜相→四方相） 大氣顆粒物來源解析（如區分燃煤與揚塵）。X射線衍射儀用途

小型臺式多晶X射線衍射儀（XRD）在超導材料精細結構分析中的應用雖面臨挑戰（如弱信號、復雜相組成），但通過針對性優化，仍可為其合成、相純度和結構演化研究提供關鍵數據支持。

鐵基超導體（如1111型、122型）關鍵問題：層間堆垛有序性：如SmFeAsO??xFx中As-Fe-As鍵角與Tc關系。摻雜效應：F?或Co2?取代對晶格的影響。臺式XRD方案：Rietveld精修：精修晶胞參數與原子占位度（需高信噪比數據）。低溫附件：研究超導轉變附近的結構畸變（如10-100 K）。挑戰：弱超晶格峰（如Fe空位有序）可能被噪聲掩蓋。 桌面型定性粉末X射線衍射儀應用于全巖礦物成分分析鑒別大氣顆粒物來源。

小型臺式多晶X射線衍射儀（XRD）在復雜材料精細結構分析中的應用雖然受限于其分辨率和光源強度，但通過優化實驗設計和數據處理，仍可在多個行業發揮重要作用。

催化材料分析目標：負載型催化劑（如Pt/CeO?）的金屬-載體相互作用。沸石分子篩的骨架結構及酸性位點分布。挑戰：載體（如γ-Al?O?）的非晶背景干擾。解決方案：小角X射線散射（SAXS）聯用：分析納米顆粒尺寸分布（需擴展附件）。PDF（Pair Distribution Function）分析：短程有序結構解析（高能光源更優）。案例：通過衍射峰位移評估Pt納米顆粒在還原過程中的晶格收縮。

小型臺式多晶X射線衍射儀（XRD）在考古陶瓷鑒定中具有不可替代的作用，能夠通過物相分析揭示陶器、瓷器的原料組成、燒制工藝和歷史年代信息。

釉料分析典型釉料物相：鈣系釉：硅灰石（CaSiO?，29.5°） + 鈣長石（CaAl?Si?O?，27.8°）鉛系釉：鉛石英（PbSiO?，28.2°） + 白鉛礦（PbCO?，24.9°）年代特征：唐代三彩釉中銻酸鉛（Sb?O?·PbO，30.1°）為典型助熔劑

真偽鑒別現代仿品特征：檢出工業氧化鋁（α-Al?O?，35.1°）缺失古代陶器典型風化產物（如次生磷酸鹽） 檢測工業固廢危險成分。

小型臺式多晶XRD衍射儀在燃料電池電解質材料晶體穩定性分析中具有重要應用價值，尤其適用于材料開發、工藝優化和質量控制環節。

相變行為分析氧化鋯基電解質（YSZ）：監測立方相（c）-四方相（t）轉變特征衍射峰對比：立方相：單峰（111）~30°四方相：分裂峰（111）~30°和（11-1）~30.2°（Cu靶）案例：3YSZ在800℃老化后的t相含量定量（Rietveld精修）（2）摻雜效應研究GDC（Gd摻雜CeO?）：通過晶格參數變化評估固溶度計算公式：Δa/a? = k·r3（摻雜離子半徑效應）典型數據：Gd2?Ce?.?O?-δ的a=5.419 ? vs CeO?的5.411 ?（3）熱循環測試原位變溫XRD分析：溫度范圍：RT-1000℃（需配備高溫附件）監測指標：熱膨脹系數（CTE）計算：α=(Δa/a?)/ΔT相變溫度確定（如LSGM在600℃的菱方-立方轉變）（4）界面反應檢測電解質/電極擴散層分析：特征雜質相識別（如NiO-YSZ界面生成La?Zr?O?）半定量分析（檢出限~1wt%） 評估追溯文物原料產地。進口小型X射線衍射儀應用于材料物相分析

同時獲得結構和成分信息。X射線衍射儀用途

小型臺式多晶X射線衍射儀（XRD）在考古文物顏料分析中具有獨特優勢，能夠無損、快速地揭示古代顏料物的晶體結構信息，為文物鑒定、年代判斷和工藝研究提供科學依據。

兵馬俑顏料鑒定發現：紫**域檢出硅酸銅鋇（BaCuSi?O?），峰位22.3°、27.8°意義：證實秦代已掌握人工合成紫色顏料技術

古埃及彩棺分析問題：表面綠**域異常褪色XRD結果：原始顏料：孔雀石（17.5°主峰）風化產物：氯銅礦（16.2°）+堿式氯化銅（11.6°）保護建議：控制環境濕度<45% RH X射線衍射儀用途