第6章+薄膜材料的表征方法ppt课件.ppt

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1、第六章薄膜材料的表征方法1第一节薄膜厚度测量技术第二节薄膜结构的表征方法第三节薄膜成分的表征方法第四节薄膜附着力的测量方法2第一节薄膜厚度测量技术1、薄膜厚度的光学测量方法2、薄膜厚度的机械测量方法31、薄膜厚度的光学测量方法1）光的干涉条件观察到干涉极小的条件是光程差等于（N+1/2）λ。42）不透明薄膜厚度测量的等厚干涉条纹（FET）和等色干涉条纹（FECO）法等色干涉条纹法需要将反射镜与薄膜平行放置，另外要使用非单色光源照射薄膜表面，并采用光谱议分析干涉极大出现的条件。53）透明薄膜厚度测量的干涉法在薄膜与衬底均是透明的，而且它们的折射率分

2、别为n1和n2的情况下，薄膜对垂直入射的单色光的反射率随着薄膜的光学厚度n1d的变化而发生振荡。6对于n1>n2的情况，反射极大的位置出现在对于n1

3、法仅涉及到薄膜厚度引起的光程差变化以及其导致的光的干涉效应。84）薄膜测量的椭偏仪（Ellipsometer）法椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。9实验原理：在一光学材料上镀各向同

4、性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉。10椭偏仪测量薄膜厚度和折射率椭偏仪方法又称为偏光解析法。其特点是可以同时对透明薄膜的光学常数和厚度进行精确的测量，缺点是原理和计算比较麻烦。椭偏仪不仅可以用于薄膜的光学测量，而且可以被用于复杂环境下的薄膜生长的实时监测，从而及时获得薄膜生长速度、薄膜性能等有用的信息。112、薄膜厚度的机械测量方法1）表面粗糙度仪法用直径很小的触针滑过被测薄膜的表面，同时记录下触针在垂

5、直方向的移动情况并画出薄膜表面轮廓的方法被称为粗糙度仪法。这种方法不仅可以被用来测量表面粗糙度，也可以被用来测量薄膜台阶的高度。缺点：（1）容易划伤较软的薄膜并引起测量误差；（2）对于表面粗糙的薄膜，并测量误差较大。优点：简单，测量直观122）称重法就可以计算出薄膜的厚度d。如果薄膜的面积A、密度ρ和质量m可以被精确测定的话，由公式缺点：它的精度依赖于薄膜的密度ρ以及面积A的测量精度。133）石英晶体振荡器法原理：将石英晶体沿其线膨胀系数最小的方向切割成片，并在两端面上沉积上金属电极。由于石英晶体具有压电特性，因而在电路匹配的情况下，石英片上将产生

6、固有频率的电压振荡。将这样一只石英振荡器放在沉积室内的衬底附近，通过与另一振荡电路频率的比较，可以很精确地测量出石英晶体振荡器固有频率的微小变化。在薄膜沉积的过程中，沉积物质不断地沉积到晶片的一个端面上，监测振荡频率随着沉积过程的变化，就可以知道相应物质的沉积质量或薄膜的沉积厚度。优点：在线测量、精确缺点：1、需对薄膜沉积设备进行改装；2、成本较高14第二节薄膜结构的表征方法一、简介二、扫描电子显微镜（SEM）三、透射电子显微镜（TEM）四、X射线衍射方法五、低能电子衍射（LEED）和反射式高能电子衍射（RHEED）六、扫描隧道显微镜（STM）七、

7、原子力显微镜（AFM）15一、简介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究的尺度范围被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、界面扩散层及薄膜织构等；（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、位错组态等。针对研究的尺度范围，可以选择不同的研究手段。16二、扫描电子显微镜ScanningElectronicMicroscope(SEM)工作原理：由炽热的灯丝阴极发射出的电子在阳极电压的加速下获得一定的能量

8、。其后，加速后的电子将进入由两组同轴磁场构成的透镜组，并被聚焦成直径只有5nm左右的电子束。装置在透镜下面的磁场扫描线圈对