[发明专利]基于XRD实验数据调整衬底和薄膜初始结构模型的结构参数的方法

权利要求书

1.一种基于XRD实验数据调整衬底和薄膜初始结构模型的结构参数的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

步骤一、衬底样品的制备；

所述步骤一的具体过程为：

衬底的切割与表面处理：将衬底切割成所需尺寸的晶片，依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，吹干后的衬底表面经过预氧化和除去氧化层处理，得到衬底样品；

步骤二、在衬底样品表面制备外延薄膜样品：

根据衬底样品材料和薄膜样品材料来选择外延生长工艺，在步骤一得到的衬底样品上外延生产厚度不大于5nm的薄膜样品；

步骤三、对衬底样品和薄膜样品进行测试与分析：

所述步骤三的具体过程为：

利用带有薄膜附件的X射线衍射仪对衬底样品和生长外延薄膜样品进行X射线小角衍射表征，得到薄膜样品与衬底样品特征峰位置相对应的衍射峰的衍射角；

根据衍射角与晶面间距之间的关系，符合布拉格衍射方程：

2d sinθ＝nλ

其中，d表示衍射晶面间距，θ是薄膜样品与衬底样品特征峰位置相对应的衍射峰的衍射角，n是衍射晶面指数，λ是入射X射线的波长；

计算出衬底样品的原子层之间的晶面间距d_A，薄膜样品的原子层之间的晶面间距d_B；衬底样品与薄膜样品界面处原子层之间的晶面间距d_A/B等于薄膜样品的原子层之间的晶面间距d_B；

步骤四、在Materials Studio软件中，建立组成界面两相的晶体，构造两种晶体的切割表面后建立超晶胞，建立界面层和添加真空层，得到衬底和薄膜两种晶体的初始结构模型；

所述步骤四的具体过程为：

41)建立组成界面两相的晶体：利用晶体学参数新建或者导入已经存在的衬底和薄膜两种晶体；

42)构造切割表面：设定切割的晶面、深度，或者从原子排列方式不同的面进行切割；

43)增大表面积，建立超晶胞：通过调整两种晶体切割后表面的U、V两个方向的向量的值来调整晶胞大小，建立超晶胞；

44)建立界面层：选择切割好的两个表面，设置晶格匹配参数，建立界面层；

45)添加真空层：真空层厚度设置为到得到衬底和薄膜两种晶体的初始结构模型；

步骤五、利用步骤三中的d_A、d_B和d_A/B对步骤四中所得到的衬底和薄膜的初始结构模型的结构参数和原子层位置进行调整：

所述步骤五的具体过程为：

51)测量步骤四中所得到的衬底和薄膜两种晶体的初始结构模型的衬底厚度、界面间距和薄膜厚度：利用Materials Studio软件中的Measure工具测量或利用Label标记出各原子层的X、Y、Z坐标，通过Z坐标差值计算，分别得到衬底厚度、界面间距和薄膜厚度，并分别表示为D_A、D_A/B和D_B；

52)衬底的受到界面影响部分的结构参数和原子层位置调整：衬底上部分受界面影响的原子层数为n_A，受界面影响的n_A个原子层的结构参数和原子层位置根据步骤三得到的d_A/B进行调整；

53)衬底不受到界面影响的原子层的结构参数和原子层位置调整：衬底的原子层总数为N_A，其中不受到界面影响的原子层数为N_A-n_A，不受到界面影响的N_A-n_A个原子层的结构参数和原子层位置根据步骤三中的衬底样品的原子层之间的晶面间距d_A进行调整，得到调整后的衬底总厚度D_A'，即调整后衬底的最上层原子层的Z坐标为Z_substratetop＝[(N_A-n_A)d_A+(n_A-1)d_A/B]；

54)界面结构参数的调整：界面的结构参数根据步骤三中的衬底样品与薄膜样品界面处原子层之间的晶面间距d_A/B调整，调整后的界面间距D_A’/B’＝d_A/B，所以，调整后薄膜的最下层原子层的Z坐标为Z_filmbottom＝Z_substratetop+d_A/B＝[(N_A-n_A)d_A+n_A d_A/B]；

55)薄膜受到界面影响的原子层的结构参数和原子层位置调整：薄膜的原子层数为N_B，其中受到界面影响的原子层数为n_B，受到界面影响的n_B个原子层的结构参数和原子层位置根据步骤三中的d_A/B进行参数调整；

56)薄膜不受界面影响的原子层的结构参数和原子层位置调整：薄膜的不受界面影响的原子层数为N_B-n_B，根据步骤三中的d_B进行调整，得到调整后的薄膜总厚度为D_B’＝[(N_B-n_B)d_B+(n_B-1)d_A/B]，薄膜最上层原子层的Z坐标为Z_filmtop＝D_A'+D_A’/B’+D_B’＝[(N_A-n_A)d_A+(n_A+n_B-1)d_A/B+(N_B-n_B)d_B]。