[论文解读] X-ray diffraction line profile analysis of KBr thin films
本研究采用X射线衍射线形分析法，研究KBr薄膜的微结构特性，利用Williamson-Hall、Size-Strain Plot及单线Voigt方法对晶粒尺寸和微应变进行去卷积。结果表明，均匀形变能密度模型（UDEDM）为最精确的方法，显示晶粒尺寸随薄膜厚度增加而增大，微应变减小，表明较厚薄膜的结构质量更高。
In the present work, the microcrystalline characteristics of KBr thin films have been investigated by evaluating the breadth of diffraction peak. The Williamson-Hall, the Size-Strain Plot and the single line Voigt methods are employed to deconvolute the finite crystallite size and microstrain contribution from the broaden X-ray profile. The texture coefficient and dislocation density have been determined along each diffraction peak. Other relevant physical parameters such as stress, Young's modulus and energy density are also estimated using Uniform Stress-Deformation and Uniform Deformation Energy Density approximation of Williamson-Hall method.
研究动机与目标
- 采用X射线衍射线形分析法研究KBr薄膜的微晶特性。
- 从KBr薄膜衍射峰宽化中去卷积有限晶粒尺寸和微应变的贡献。
- 评估并比较Williamson-Hall、Size-Strain Plot及单线Voigt方法在估算晶粒尺寸和微应变方面的性能。
- 利用W-H近似方法计算取向系数、位错密度、应力、杨氏模量和能量密度。
- 确定最可靠的分析模型，用于KBr薄膜微结构表征。
提出的方法
- 采用Bragg衍射峰进行X射线衍射线形分析，以评估微结构特征。
- 应用Williamson-Hall（W-H）方法，包含三种近似：均匀形变（UDM）、均匀应力形变（USDM）和均匀形变能密度（UDEDM）。
- 采用Size-Strain Plot（SSP）和单线Voigt函数估算晶粒尺寸和微应变，考虑峰形及FWHM与积分宽度之比的影响。
- 基于衍射峰宽化和hkl依赖的强度数据，计算取向系数（TC hkl）和位错密度。
- 应用均匀应力形变和均匀形变能密度近似，估算应力、杨氏模量和能量密度。
- 为提高准确性，采用积分宽度而非半高全宽（FWHM）评估峰宽化。
实验结果
研究问题
- RQ1薄膜厚度如何影响KBr薄膜中的晶粒尺寸和微应变？
- RQ2在KBr薄膜中，Williamson-Hall、Size-Strain Plot或单线Voigt方法中，哪种分析模型对晶粒尺寸和微应变的估算最准确？
- RQ3在KBr薄膜中，均匀应变与非均匀应变对峰宽化的贡献分别是什么？
- RQ4KBr薄膜中不同衍射峰的取向系数和位错密度如何变化？
- RQ5微应变与薄膜厚度之间存在何种关系？其对力学和电子性能有何影响？
主要发现
- 均匀形变能密度模型（UDEDM）在估算晶粒尺寸和微应变方面最为准确且一致，其数据点拟合效果更优，散射程度更低，优于UDM和USDM。
- 晶粒尺寸随薄膜厚度增加而增大，表明较厚薄膜中结构相干性提高，缺陷密度降低。
- 微应变随薄膜厚度增加而减小，表明较厚KBr薄膜中晶格畸变减少，结晶度提高。
- 单线Voigt方法估算的晶粒尺寸大于W-H和SSP方法，但所有方法均显示晶粒尺寸随薄膜厚度增加的趋势一致。
- 位错密度和取向系数（TC hkl）的计算结果表明，较薄薄膜中微应变和缺陷密度更高，尤其在较高衍射角下更为显著。
- Scherrer方法因假设晶粒各向同性且忽略仪器效应和应变效应，导致在高角度下晶粒尺寸被低估，微应变被高估。
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