Yn yr astudiaeth o epitacsi lled-ddargludyddion, heterogyfuniadau ffilm tenau, peirianneg dadleoli, ac ocsidau swyddogaethol, nid yw straen yn ddim ond sgil-gynnyrch eilaidd o'r broses esblygiad twf strwythurol; yn hytrach, mae'n gweithredu fel paramedr corfforol craidd sy'n pennu'n uniongyrchol strwythur band ynni'r system, ymddygiad polareiddio, eiddo cludo cludwyr, a sefydlogrwydd rhyngwynebol. Mae pwysigrwydd mesur straen mewn systemau microsgopeg electron trawsyrru (TEM) yn gorwedd yn ei allu i hyrwyddo nodweddu adeileddol o ddim ond arsylwi trefniadau atomig i ddarparu disgrifiadau meintiol o ystumiadau dellt.
Ymhlith y dulliau hyn, mae Dadansoddiad Cam Geometrig (GPA)¹ ar hyn o bryd yn un o'r technegau dadansoddi straen sy'n seiliedig ar ddelweddau mwyaf clasurol a mwyaf poblogaidd; gall echdynnu afluniadau dellt lleol ar sail microsgopeg electron trawsyrru cydraniad uchel (HRTEM) neu ddelweddau maes ongl tywyll onglog uchel a geir trwy sganio microsgopeg electron trawsyrru (STEM{-HAADF), a thrwy hynny ail-greu dau ddimensiwn, neu adeileddau dadleoliad lled-ddargludol lleol, gan ei wneud yn arbennig o addas ar gyfer meysydd dadansoddi straen nano-ddargludol lleol.
Egwyddor Mesur Straen GPA
Cysyniad sylfaenol GPA yw defnyddio'r wybodaeth gyfnodol a gynhwysir yn y streipiau dellt yn y ddelwedd dellt, dewis y cydrannau amlder sy'n cyfateb i adlewyrchiadau Bragg penodol yn y gofod Fourier, a thynnu gwybodaeth dadleoli dellt o'u cyfnod geometrig [1]. Gellir mynegi dwyster delwedd TEM cydraniad uchel o grisial rhydd cyflawn, straen- fel cyfres Fourier.
ymhlith
Mae $A_g$ yn dynodi osgled y gydran Fourier hon, ac mae $P_g$ yn dynodi ei gwedd. Ar gyfer crisialau ag afluniadau lleol, gellir mynegi'r berthynas rhwng y cyfnod geometrig $P_g(r)$ a'r maes dadleoli $u(r)$ fel:
Felly, dim ond rhagamcan y maes dadleoli ar hyd cyfeiriad fector dwyochrog y gall y map cam sy'n cyfateb i un man diffreithiant ei ddarparu; trwy ddewis dau fector cilyddol annibynnol nad yw'n golinol, gellir ail-greu maes dadleoli dau ddimensiwn. Mae cymryd deilliad gofodol y maes dadleoli yn cynhyrchu'r tensor graddiant dadleoli, y mae ei ran gymesur yn cyfateb i'r tensor straen, tra bod ei ran gwrthgymesur yn cyfateb i gylchdro dellt lleol. Nid yw'r dull sy'n seiliedig ar GPA ar gyfer cyfrifo straen yn golygu darllen y cysonion dellt yn uniongyrchol; yn lle hynny, mae'n adfer y dadleoliadau lleol yn gyntaf, ac yna'n deillio'r maes straen o'r maes dadleoli.
Yn y llif gwaith prosesu data penodol, mae dadansoddiad GPA fel arfer yn gofyn am ddewis rhanbarth cyfeirio o fewn yr un ddelwedd sydd mor agos â phosibl at gyflwr heb ei ystumio; mae'r rhanbarth cyfeirio hwn fel arfer yn rhanbarth grisial unffurf wedi'i leoli i ffwrdd o ddiffygion neu ryngwynebau, a ddefnyddir i ddiffinio'r dellt cyfeirio. O ganlyniad, mae symudiad cam y rhanbarth targed o'i gymharu â'r dellt cyfeirio hwn yn cael ei gymharu i gael y dosbarthiad straen lleol. Mae manteision y dull hwn yn cynnwys gweithdrefn gyfrifiadol sydd wedi'i hen sefydlu, gallu i addasu'n gryf i ddelweddau â delltau rheolaidd, a'r gallu i allbynnu gwybodaeth ar yr un pryd megis εxx, εyy, εxy, a chylchdroi lleol-gan ei gwneud yn arbennig o addas ar gyfer dadansoddi diffyg cyfatebiaeth epitaxial, crynhoad straen ger adeiledd craidd dadleoliad, ac adeileddau craidd y dislocation inlatice. Yn ogystal, mae canlyniadau dadansoddiad GPA yn ddibynnol iawn ar ansawdd delweddu, maint y mwgwd Fourier, amodau samplu, a dewis y rhanbarth cyfeirio. Mae mwgwd mwy yn gyffredinol yn cynhyrchu cydraniad gofodol uwch ond yn cynyddu tueddiad i sŵn; i'r gwrthwyneb, mae mwgwd llai yn cynhyrchu canlyniadau llyfnach ond yn rhoi gwybodaeth leol ar gyfartaledd. Yn ystod y cam prosesu data gwirioneddol, mae dau smotyn diffreithiant Bragg cryf nad ydynt yn golinol gyda mynegeion isel a chymarebau signal uchel i-yn cael eu blaenoriaethu o fewn y patrwm diffreithiant; yna gosodir mwgwd crwn o faint priodol i gadw'r smotiau targed hyn, wedi'i ddilyn gan drawsnewidiad Fourier gwrthdro i gael y mapiau dosbarthiad gwedd sy'n cyfateb i'r ddau fector dellt cilyddol.
Mae ymchwilwyr fel arfer yn defnyddio'r dull GPA i ddadansoddi'n feintiol afleoliadau diffyg cyfatebiaeth ger rhyngwynebau mewn delweddau HRTEM. Ar ôl dadansoddiad pellach o'r dadleoliadau rhyngwyneb a arsylwyd, gellir dod i gasgliadau meintiol ynghylch, er enghraifft, sut mae dadleoliadau yn rhyddhau straen, maint dylanwad straen, ac a yw'r maes straen yn cydymffurfio â'r model theori elastig. Gyda datblygiadau mewn technegau cywiro aberration, mae dull GPA wedi ehangu o HRTEM traddodiadol i ddelweddu cydraniad atomig STEM{{2}HAADF-. O'u cymharu â phatrymau ymyl dellt TEM, mae delweddau STEM-HAADF yn cynnig datrysiad cyferbyniad elfennol, yn darparu gwell dehongliad ar gyfer deunyddiau aml-gydran a rhyngwynebau cymhleth, ac maent yn addas iawn ar gyfer mesur safleoedd colofnau atomig yn fanwl gywir mewn rhyngwynebau heterogenaidd, uwchlatticau, a lled-ddargludyddion amlhaenog.
Astudiaeth Achos Dadansoddiad Ymateb
Achos 1: Dadansoddiad o straen cneifio dellt lleol mewn -arbrofion plygu situ o Ni nanowires
Yn yr arbrawf plygu TEM yn{0}}situ o Ni nanowires, cynhaliwyd dadansoddiad GPA ar ddelweddau cydraniad atom HRTEM i fapio dosbarthiad straen cneifio dellt lleol o fewn y nanowire ar y raddfa atomig, fel y dangosir yn Ffigur 12. Yn Ffigur 1(a), diffinnir y rhanbarth â ffrâm felen fel y parth cyfeirnod sero-straen; Mae Ffigur 1(b) yn cyflwyno'r dosbarthiad straen cneifio $\\varepsilon_{xy}$ a gafwyd o'r dadansoddiad GPA; dangosir y proffil llinell straen cneifio meintiol a dynnwyd o'r ffigur hwn yn Ffigur 1(c), lle mae'r straen cneifio cyfatebol yn cynyddu o 0 i tua 35% o'r chwith i'r dde; o ganlyniad, mae ongl $ \\alpha$ yr awyren grisial {111} yn cynyddu'n barhaus o 70.5 gradd (sy'n nodweddiadol ar gyfer strwythur FCC) i tua 109 gradd yn ystod y broses hon. Drwy gydol y broses hon, ni welwyd unrhyw ddadleoliadau sylweddol yn y dellt, gan gadarnhau ymhellach bod yr anffurfiad yn deillio'n bennaf o ddatgymaliad-cneifiwch dellt parhaus rhydd. Ar ôl i'r straen gael ei ryddhau, datgelodd dadansoddiad GPA o'r delweddau HRTEM (Ffigurau 1 (d–f)), ac eithrio ger y creiddiau dadleoli, fod y straen yn y rhan fwyaf o ranbarthau wedi dychwelyd i lefelau cymharol isel. Mae hyn yn dangos y gall y nanowire fynd trwy anffurfiad cneifio dellt adferadwy sylweddol, parhaus a lleoledig o dan amodau straen plygu cymhleth.
Ffigur 1. Dadansoddiad GPA o straen cneifio dellt. (a) Delwedd HRTEM o'r rhanbarth straen a'i (b) map straen cneifio $\\varepsilon_{xy}$; (c) proffil llinell straen cneifio meintiol wedi'i dynnu o'r rhanbarth blwch toredig yn (b), â lled llinell o 0.4 nm; (d) Delwedd HRTEM o'r rhanbarth rhyddhau straen a'i (e) fap straen cneifio $\\varepsilon_{xy}$; (dd) proffil llinell straen cneifio meintiol wedi'i dynnu o'r rhanbarth blwch toredig yn (e), â lled llinell o 0.6 nm².
Achos 2: Dadansoddiad o straen dellt mewn strwythurau dotiau cwantwm / dotiau cwantwm o fewn LEDs
Mae Ffigur 2 yn dangos y dosraniad dadleoli mewn un band LED aml-band a'r paru dellt cydlynol o fewn ffynhonnau cwantwm aml{{3} (MQWs) ac aml-dotiau cwantwm (MQBs)³. Yn gyntaf, defnyddiwyd BFTEM i nodweddu'r dosbarthiad dadleoliad (Ffigur 2(a)), gan ddatgelu bod dadleoliadau wedi'u crynhoi'n bennaf ar waelod haen glustogi graddiant InAsP{7}}yn enwedig ar y rhyngwyneb rhwng yr haen glustogi gyntaf a'r swbstrad InP. Mae'r crynodiad hwn i'w briodoli i'r diffyg cyfatebiaeth dellt sylweddol rhwng y ddau ddeunydd hyn, sy'n arwain at ffurfio datgymaliad anghydweddu, fel y dangosir yn Ffigurau 2(g–j). Wrth i dyfiant epitaxial fynd rhagddo, mae'r dadleoliadau hyn yn llithro ar hyd yr awyren {111} ac yn raddol yn terfynu neu'n cloi; o ganlyniad, mae'r dwysedd dadleoli mewn haenau clustogi dilynol yn gostwng yn sylweddol. Mae dadansoddiad GPA o ddelweddau STEM-HAADF yn dangos crynhoad straen lleol amlwg ger craidd y datgymaliad anghydweddol, tra bod y rhanbarthau MQWs/MQB yn dangos bron i ddim straen ardraws εxx yn gyffredinol, gan ddangos paru dellt cydlynol rhagorol rhwng y ffynhonnau cwantwm a'r rhwystr. Yn ogystal, mae'r straen fertigol εyy yn datgelu bod y straen tynnol yn y cwantwm InAsSb yn dda a'r straen cywasgol yn rhwystr cwantwm InAsPSb yn gwneud iawn am ei gilydd, gan nodi bod y strwythur hwn yn cydbwyso'r pwysau mewnol yn yr heterostructure i bob pwrpas. Wrth gyfuno'r canlyniadau arbrofol hyn-gan gynnwys rhyngwynebau atomigaidd sydyn ac absenoldeb diffygion pentyrru-gellir dod i'r casgliad bod y strwythur hwn yn galluogi twf epitaxial o ansawdd uchel a pheirianneg straen sefydlog.
Ffigur 2. Dosbarthiad dadleoli mewn band LED aml-sglodyn sengl, yn ogystal â chyfateb dellt cydlynol o fewn ffynhonnau cwantwm aml{{3} (MQWs) ac aml{4}}dotiau cwantwm (MQBs). (a) Delwedd groes BFTEM o'r adeiledd LED, sy'n cynnwys-tonnau isgoch byr (SWIR; top), canol-tonnau isgoch (MWIR; canol), a haen glustogi graddiant (gwaelod); mae'r ddelwedd wedi'i gorchuddio â chromliniau dosraniad elfennol egni EDS, sy'n dangos dosbarthiad a chyfansoddiad indiwm (In), arsenig (As), ffosfforws (P), ac antimoni (Sb). (b–j) Delweddau STEM-HAADF ynghyd â’r dosraniadau cyfatebol o straen llorweddol (εxx) a straen fertigol (εyy) a gafwyd trwy ddadansoddiad GPA, sy’n cyfateb i’r rhanbarth SWIR ar y brig (b–d), rhanbarth MWIR yn y canol (e–g), a’r haen glustogi graddiant ar y gwaelod (h–j), i gyd ar is-haen InP.
Achos 3: Dadansoddiad Straen o Strwythur Ffilm Amlhaenog BiFeO₃
Gan ddefnyddio delweddu STEM-HAADF ynghyd â dadansoddiad meintiol GPA, fe wnaethom ymchwilio i ffilmiau amlhaenog BiFeO₃/Ca₀.₉₆Ce₀.₀₄MnO₃ (BFO/CCMO) a dyfwyd ar swbstradau LaAlO₃ (001) (LAO). Fel y dangosir yn Ffigur 3, archwiliodd yr astudiaeth hon sut mae trwch ffilm yn rheoleiddio'r microstrwythur, dosbarthiad straen, a chyfansoddiad cyfnod; mae'r canlyniadau'n dangos bod holl ffilmiau amlhaenog BFO/CCMO yn arddangos amrywiadau rhyngwyneb, gyda'r haenau BFO o drwch mwy yn dangos amrywiadau mwy amlwg, gan gadarnhau'n uniongyrchol bod esblygiad nodweddion microstrwythurol y ffilm denau yn dibynnu'n fawr ar ei thrwch⁴.
Ffigur 3: Delweddau STEM-HAADF o LAO/(BFO/CCMO)₄ samplau gydag un haen BFO o drwch o (a) 20 UC a (b) 16 UC (cell uned), ynghyd â’r GPA cyfatebol yng nghanlyniadau dadansoddi straen awyren a ddangosir yn (c) a (d), yn y drefn honno.
Gallu Gwasanaeth Dadansoddi GRGESTTEM
Mae Labordy Profi a Dadansoddi Cylched Integredig GRGTEST Wuxi wedi'i gyfarparu â dau ficrosgop electron trosglwyddo allyriadau maes Thermo Fisher Scientific Talos F200X. Mae'r gosodiad arbrofol hwn yn galluogi nid yn unig nodweddu morffolegol, delweddu cydraniad uchel, a dadansoddiad elfennol ond mae hefyd yn hwyluso delweddu straen lleol a dadansoddiad meintiol o heterojunctions lled-ddargludyddion a strwythurau ffilm amlhaenog.
Mae gwasanaethau profi TEM GRGTEST wedi'u teilwra'n bennaf ar gyfer cleientiaid diwydiant lled-ddargludyddion, gan gynnwys gweithgynhyrchwyr swbstrad Si/SiC, cyflenwyr offer lled-ddargludyddion, wafferi fabs, a chyfleusterau pecynnu uwch; yn ogystal â'r cleientiaid hyn sy'n canolbwyntio ar led-ddargludyddion, mae GRGTEST hefyd yn gwasanaethu prifysgolion a sefydliadau ymchwil sy'n ymwneud ag ymchwil a datblygu deunyddiau. Mae GRGTEST yn darparu gwasanaethau profi TEM o ansawdd uchel, o ansawdd uchel a dadansoddi straen ar gyfer pob cleient o'r fath.