X-Ray Diffraction (XRD) 2008.01.08 Joo Suk-bae. 회절 (Diffraction) 입자의 진행경로에 틈이 있는 장애물이 있으면 입자는 그 틈을 지나 직선으로 진행한다. 이와 달 리 파동의 경우, 틈을 지나는 직선 경로뿐 아니라 그 주변의.

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1 X-Ray Diffraction (XRD) 2008.01.08 Joo Suk-bae

2 회절 (Diffraction) 입자의 진행경로에 틈이 있는 장애물이 있으면 입자는 그 틈을 지나 직선으로 진행한다. 이와 달 리 파동의 경우, 틈을 지나는 직선 경로뿐 아니라 그 주변의 일정 범위까지 돌아 들어간다. 이처 럼 파동이 입자로서는 도저히 갈 수 없는 영역에 휘어져 도달하는 현상이 회절이다.

3 Bragg’s Law n = 2 d Sin 

4 Basic Features of Typical XRD Experiment

5 Application of XRD Nondestructive technique Measure thickness of thin films and multi-layers Determine the orientation of a single crystal or grain Find the crystal structure of an unknown material Measure the size, shape and internal stress of small crystalline regions Detection limits: ~3% in a two phase mixture; can be ~0.1% with synchrotron radiation

6 Several atomic planes and their d-spacings in a simple cubic

7 XRD pattern of NaCl powder

8 Phase Identification

9 More applications of XRD

10 Phase analysis 같은 물질이라도 상이 다르면 물리적, 화학적 성질이 다름. Ex) α-SiO 2, β-SiO 2, α-Al 2 O 3, γ-Al 2 O 3, δ-Al 2 O 3, rutile(TiO 2 ), anatase(TiO 2 ), brookite(TiO 2 ), Austenite, ferrite 등

11 Different compounds with same structure Different structure with same compounds

12 Residual stress in thin film M C E

13 dodo (hkl) planes d hkl σ σ z y Unstressed crystal Crystal subjected to biaxial stress 탄성 변형 시, 면간 거리 (d hkl ) 의 변화 면간 거리 측정을 통한 변형률 계산 Hooke’s law 를 이용한 응력 계산 ε zz = Residual stress in thin film

14 Merits of using X-Ray Diffraction for residual stress Non-destructive Specific phase Desired crystallographic and/or sample orientations Penetration depth (~10μm) – surface Small area (~100µm)