薄膜技术第五章：薄膜材料的评价表征及物性测量课件.ppt

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1、主要讲授内容第2章真空技术基础第3章薄膜生长与薄膜结构第4章薄膜制备的基本工艺溅射镀膜第1章薄膜技术简介离子束沉积化学气相沉积第6章薄膜材料的应用第5章薄膜材料的评价表征及物性测量表征、性质和应用薄膜制备方法的原理介绍，典型薄膜材料的制备工艺介绍真空蒸镀薄膜的形核、生长理论，薄膜的形成与典型成长机制What’sthethinfilms?真空的表征及获得第5章薄膜材料的评价表征及物性测量5.1膜厚的测量及控制5.2薄膜结构的表征5.3薄膜成分的表征在薄膜制备过程中和沉积以后需要测量薄膜的厚度，在薄膜沉积过程中的膜厚确定需采用

2、原位测量。5.1膜厚的测量及控制1台阶仪2干涉仪3椭偏仪4振动石英方法工作原理:探针在垂直方向上的位移被通过电信号被放大,并记录下来.从膜厚的边缘可以直接通过探针针尖所探测到的阶梯高度确定薄膜厚度.采用类似原子力显微镜的激光反射悬臂梁的方法来测量纳米级位移可将扫描时的接触力降低到最小0.05毫克，在软的样品上扫描时不划伤样品,保证测量值准确,避免划掉的颗粒再次影响测量准确性.这是薄膜厚度测试仪的第一重要指标,力越小,讨论分辨率,重复精度才有意义!5.1膜厚的测量及控制-----台阶仪测量膜厚的的探针法5.1膜厚的测量及控制

3、-----台阶仪XP-1型台阶仪XP薄膜厚度测试仪的其它特点:扫描长度30mm(线性)这对平整度,曲率半径,薄膜应力测量极为重要。2)采样点数60,000目前市场上最大。3)探针曲率半径2.5微米或更小,更高的横向分辨率.4)WindowsXP平台的软件。5.1膜厚的测量及控制-----台阶仪5.1膜厚的测量及控制-----台阶仪5.1膜厚的测量及控制-----干涉仪使用Fizeau盘实现，它能够发生多种反射导致一尖锐的干涉现象。膜厚可以通过在膜上形成阶梯，从而从干涉条纹极小值的漂移来测定膜的厚度。2)X射线干涉仪(Kie

4、ssig条纹)当掠入射时，X射线被平整表面反射和透过，反射级数稍稍不同于1，通过表面和界面反射的光程差，可求的膜厚。1)光学厚度干涉5.1膜厚的测量及控制-----椭偏仪椭偏仪方法利用的是物质界面对于不同偏振态光具有不一样的反射、折射能力的特性。即：偏振光在薄膜表面与界面处的反射与透射现象。椭偏仪工作原理：单色光经起偏镜转变为线偏振光之后，通过1/4波长片转变为具有一定偏振状态的椭圆偏振光，其后，此椭圆偏振光倾斜入射到薄膜样品的表面，与薄膜样品发生相互作用。在此之后，使用检偏镜和光检测器测的椭圆偏振光的强度。根据椭圆偏振方

5、程，借助计算机对其进行分析，即可确定薄膜的厚度和其他光学性能。5.1膜厚的测量及控制-----椭偏仪5.1膜厚的测量及控制-----石英晶体振荡法这是一个动力学测重方法，通过沉积物使机械振动系统的惯性增加，从而减小振动频率。原理：石英作为压电共振器，以切向模式运动，具有一级振动频率，薄膜沉积过程中，石英频率有一定的改变量，石英的厚度增加与沉积质量等价，进而确定膜的厚度。测量灵敏度主要由石英厚度的力学极限和参考振荡器的稳定性决定。可用于在线监测5.2薄膜结构的表征薄膜的性能取决于薄膜的结构和成分。其中薄膜结构的研究可以依所研

6、究的尺度范围划分为以下三个层次：1、薄膜的宏观形貌，包括薄膜尺寸、形状、厚度、均匀性等；2、薄膜的微观形貌，如晶粒及物相的尺寸大小和分布、孔洞和裂纹、界面扩散层及薄膜结构等。3、薄膜的显微组织，包括晶粒内的缺陷、晶界及外延界面的完整性、位错状态等。1、从宏观到微观光学显微镜OM、扫描电镜SEM观察形貌；XRD检测相；SEM、电子探针EPMA测成分透射电镜鉴定相和组织2、由易到难光学（形貌）??SEM（形貌）??XRD（相鉴定）??EPMA（成分定量）TEM（微区的形貌、相鉴定、成分）5.2薄膜结构的表征5.2薄膜结构的表征

7、------X射线衍射1、X射线衍射法常规确定材料的结构的方法。X射线衍射是确定三维有序固体的经典和成熟的技术。2dhklsinθB=nλZAO的X射线衍射图掠入射角X射线衍射(GIXS):X射线衍射技术可以唯一的确定近固体表面的晶相。X射线衍射最适合分析厚度大于几十纳米的薄膜，为了限制X光的穿透深度，提高膜相对于基片的衍射图案强度，一般采用掠入射角方法。X射线技术的优点：提供最高的角分辨率；提供更准确的结构数据（相对电子衍射数据）；可以在样品中的一个小区域进行衍射（强度比电子衍射低）。在薄膜中，每一相可由它们的特征衍射图

8、案来确定，这一衍射图案也提供有关晶粒取向和晶粒尺寸分布等信息。5.2薄膜结构的表征------X射线衍射5.2薄膜结构的表征------X射线衍射5.2薄膜结构的表征------X射线衍射5.2薄膜结构的表征------低能电子衍射（LEED）反射式高能电子衍射（RHEED）LEED：10～500eV,