第8章薄膜材料与薄膜技术3讲解.ppt

图中是40nm厚的NiSi2的电子能量损失谱，能量范围从0到138V，最高峰为等离子体激子振荡峰。在高能区有NiM23和SiL23芯能级激发峰，其强度分别被放大100倍和350倍。在EELS谱中分辨不出多重散射，表明在NiM边缘前的Ni低能损失区的背底，主要来自于等离子体激发峰的峰尾。 X射线吸收 X射线光电子谱和X射线吸收 谱都依赖于光电效应，它们 各自的实验装置示于图的上 部。在XPS中，束缚电子如 K壳层电子背激发出样品外， 成为自由电子。因尖锐峰出 现在光电谱中，光电子的动 能能较好定义。在X射线吸收 谱中，当束缚电子被激发到第 一未被占据能级时，就会出现 吸收边。 傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR) 拉曼光谱(RAMAN) 图中主要元件为激光源、光路系统、 分光系统、检测记录系统。激光源 种类较多，其中以氩激光器为最常用。 现已开发出紫外激光源等产生不同 频率光的激光源。 薄膜形成的基本过程 一.成核 1.物理(化学)吸附产生表面吸附原子; 2.表面热运动产生吸附原子聚集; 3.表面扩散运动导致成核发生. 二.生长 1.晶核的长大; 2.晶核的合并; 3.连续膜的形成. 成核的基本过程 成核是一个气(液)-固相变的过程,主要包括: 1.气相原子通过物理(化学)吸附转变为表面吸附原子; 2.表面吸附原子通过表面热运动产生原子聚集; 3.聚集原子团通过捕获表面扩散的吸附原子长大. 4.当聚集原子团尺度达到临界核条件时成核发生. 薄膜表征 薄膜厚度控制及测量 组分表征 薄膜的结构表征 原子化学键合表征 薄膜应力表征 薄膜厚度控制及测量 沉积率和厚度监测仪 气相密度测量 平衡方法 振动石英方法 光学监测 膜厚度测量 光学膜厚度确定 X射线干涉仪 探针法 气相密度测量方法 如果蒸发原子密度的瞬时值 在沉积过程中可测量，则可 确定撞击到基片上的原子速 率，由于这一方法没有累计 性，因此必须通过积分运算 得到每单位面积上的膜质量 或膜厚。当离化检测计暴露 于蒸气中时，气相原子首先 由于热离化产生电子，然后 这些电子被加速到阳极，离 子移向收集极，在收集极离 子被离化，相应的电流正比 于离子的数量和离化电子电 流。 平衡方法 这一方法具有累积效应，在不 同的装置中皆使用微平衡测量 得到膜的质量。图中所示的是 一电流敏感仪，在其指针处安 置很轻的基片。由凝聚物质量 给出的力可由穿过线圈的适当 电流来补偿，它可以直接由沉 积物的质量来校准。 光学监测 图1 图2 这一方法是基于生长膜会产生光学干涉现象，因此只用于透明膜的测量，用于溅射系统的光学监测的例子如图1所示。在膜生长过程中干涉强度的变化如图2所示。 光学膜厚度确定 干涉仪测量膜厚方法可以使用Fizeau盘来实现，Fizeau盘能够发生多种反射导致 一尖锐的干涉现象，干涉强度为： 上式给出总反射强度与膜表面和Fizeau盘间距离的相干性。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（图2）。 图1 图2 光学膜厚度确定 X射线干涉仪 当掠入射时，X射线被平整表面反射和透过，Snell定律给出 在进行一些变换后，得： 图1 图2 探针法 金刚石探针沿膜表面移动，而探针 在垂直方向上的位移通过电信号可 以被放大1016倍并被记录下来。从 膜的边缘可以直接通过探针针尖所 检测的阶梯高度确定薄膜的厚度。 薄膜组分表征 薄膜组分表征的手段 卢瑟福背散射(RBS) 二次离子质谱(SIMS) X射线光电子能谱(XPS) 俄歇电子能谱(AES) 电镜中的显微分析 分析薄膜材料的实验系统 卢瑟福背散射 RBS是基于中心力场的 经典散射原理，除了为 提供能量为兆电子伏特 的粒子束准值所需的加 速器外，仪器本身非常 简单。探测器使用半导 体核粒子探测器，它的 输出电压脉冲正比于从 样品散射到监测器中的 粒子能量。 二次离子质谱仪 二次离子进入能量过滤器， 然后在质谱仪中被收集和 分析，这便是二次粒子质 谱仪。所有二次离子质谱 仪都具有表面和元素深度 浓度分析能力。在一种操 作模式中，溅射离子束穿 过样品并在样品表面留下 蚀刻坑。为确保来自蚀刻 坑壁处的离子不被监测。 检测系统对于来自于蚀刻 坑中心部位的离子设计了 电致入门。 X射线光电子能谱 光电子的动能与靶原子中的电子结合能 相关。在这一过程中，入射光子将整个 能量转移给束缚电子。只要能测量出从 样品中逃逸出来且没有能量损失的电子 能量，则可提供样品中所含元素的标识。 如图所示，光电子谱需要单色辐射源和 电子谱仪。对于所有电子光谱，其共同 点为电子的逃逸深度为1～2nm，因此样 品制备应格外小心。同时也需要清洁真空 系统。 光电子能谱 光谱显示出在允许的能 量范围内，具有典型的 尖