Cross sections for O-16(He,He)O-16 resonant elastic scattering and application to elemental analysis of YBa2Cu4O(8-delta) and Nd(1+x)Ba(2-x)Cu3O(7-delta) films grown on SrTiO3

Abstract

The differential cross sections for O-16(He, He)O-16 resonant elastic scattering at 3.034 and 3.078 MeV have been measured using stoichiometric thin (100 A) and thick (6,000 A) SiO2 layers formed on Si(100) wafers by thermal oxidation at 900 C under H2 and O2 flows. The resonance widths (capital gamma) and interaction radii (alpha), which are the parameters defining the cross sections in the partial wave analysis, have been determined by best fitting the angular and energy dependent scattering yields from oxygen. A computer simulation program for Rutherford backscattering including the O-16(He, He)O-16 resonant scattering has been synthesized and applied to the elemental analysis of thin YBa2Cu4O(8-delta) and Nd(1+x)Ba(2-x)Cu3O(7-delta) films grown on SrTiO3 substrates. The present elemental analysis is compared with the transition temperatures of superconductivity (T(sub c)) in the context of the oxygen deficiency. The accuracy of oxygen content is estimated to be better than 0.1 (a few percent). How to improve the accuracy of the elemental analysis, in particular the oxygen content, is discussed in detail.

O-16(He, He)O-16共鳴弾性散乱の微分断面積を、H2およびO2の気流中、900度Cで熱酸化によりSi(100)ウエハ上に生成した、化学量論的な薄い(100オングストローム)および厚い(6,000オングストローム)SiO2層を用いて、3.034および3.078MeVで測定した。部分波解析における断面積を定める変数である共鳴幅(Γ)および相互作用半径(α)を、角度およびエネルギーに依存する酸素よりの散乱収率を最適にあてはめることにより確定した。O-16(He, He)O-16共鳴散乱を含むラザフォード後方散乱に対する計算機シミュレーションプログラムを統合し、SrTiO3基板上に成長したYBa2Cu4O(8-δ)およびNd(1+x)Ba(2-x)Cu3O(7-δ)薄膜の元素分析へ適用した。本元素分析を酸素欠乏状況化下の超伝導性転移温度(T(sub c))と比較した。酸素含有量の精度は0.1(数％)よりも良いと推定している。元素分析、特に酸素含有量の精度をどのように向上させるか詳細に論じた。