通过 X 射线光谱研究外延 ZrB2 中的化学键合

通过 Zr K 边（1s）X 射线吸收近边结构（XANES）与扩展 X 射线吸收精细结构（EXAFS）光谱研究了外延 ZrB2 薄膜中的化学键合，并与合成该薄膜所用的 ZrB2 化合物靶材以及块体 {\alpha}-Zr 参比进行了比较。X 射线光电子能谱的定量分析显示，在完成溅射清洗后表面处：外延 ZrB2 薄膜中约 5% O，ZrB2 化合物靶材中约 19% O，块体 {\alpha}-Zr 参比中约 22% O。对于 ZrB2 化合物靶材，X 射线衍射（XRD）显示出单斜 ZrO2 微弱但可见的 -111、111 和 220 峰，以及来自 ZrB2 的峰，且 ZrB2 峰的强度分布表明靶材为随机取向。对于块体 {\alpha}-Zr 参比，在从 0001 取向金属记录的衍射图中未见任何结晶氧化物的峰。两个 ZrB2 样品的 Zr K 边吸收显示，外延 ZrB2 薄膜比块体 ZrB2 表现出更显著的振荡，这归因于薄膜柱内高度的原子的有序性。XANES 由于 ZrB2 中缺乏 p-d 杂化而未显示预峰，但由于从 Zr 到 B 的电荷转移，薄膜相对于 {\alpha}-Zr（17.993 keV）表现出向高能量 4 eV 的化学位移，块体为 6 eV。块体 ZrB2 材料中大 2 eV 的位移表明其氧含量高于外延薄膜，这得到 XPS 的支持。在 EXAFS 中，ZrB2 中建模的晶胞参数在薄膜中（a=3.165 {\AA}, c=3.520 {\AA}）略小于块体靶材（a=3.175 {\AA}, c=3.540 {\AA}），而六方密排金属（{\alpha} 相，a=3.254 {\AA}, c=5.147 {\AA}）中则不同。