資源描述:
《薄膜技術(shù)第五章:薄膜材料的評(píng)價(jià)表征及物性測量課件.ppt》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、主要講授內(nèi)容第2章真空技術(shù)基礎(chǔ)第3章薄膜生長與薄膜結(jié)構(gòu)第4章薄膜制備的基本工藝濺射鍍膜第1章薄膜技術(shù)簡介離子束沉積化學(xué)氣相沉積第6章薄膜材料的應(yīng)用第5章薄膜材料的評(píng)價(jià)表征及物性測量表征、性質(zhì)和應(yīng)用薄膜制備方法的原理介紹,典型薄膜材料的制備工藝介紹真空蒸鍍薄膜的形核、生長理論,薄膜的形成與典型成長機(jī)制What’sthethinfilms?真空的表征及獲得第5章薄膜材料的評(píng)價(jià)表征及物性測量5.1膜厚的測量及控制5.2薄膜結(jié)構(gòu)的表征5.3薄膜成分的表征在薄膜制備過程中和沉積以后需要測量薄膜的厚度,在薄膜沉積過程中的膜厚確定需采用
2、原位測量。5.1膜厚的測量及控制1臺(tái)階儀2干涉儀3橢偏儀4振動(dòng)石英方法工作原理:探針在垂直方向上的位移被通過電信號(hào)被放大,并記錄下來.從膜厚的邊緣可以直接通過探針針尖所探測到的階梯高度確定薄膜厚度.采用類似原子力顯微鏡的激光反射懸臂梁的方法來測量納米級(jí)位移可將掃描時(shí)的接觸力降低到最小0.05毫克,在軟的樣品上掃描時(shí)不劃傷樣品,保證測量值準(zhǔn)確,避免劃掉的顆粒再次影響測量準(zhǔn)確性.這是薄膜厚度測試儀的第一重要指標(biāo),力越小,討論分辨率,重復(fù)精度才有意義!5.1膜厚的測量及控制-----臺(tái)階儀測量膜厚的的探針法5.1膜厚的測量及控制
3、-----臺(tái)階儀XP-1型臺(tái)階儀XP薄膜厚度測試儀的其它特點(diǎn):掃描長度30mm(線性)這對(duì)平整度,曲率半徑,薄膜應(yīng)力測量極為重要。2)采樣點(diǎn)數(shù)60,000目前市場上最大。3)探針曲率半徑2.5微米或更小,更高的橫向分辨率.4)WindowsXP平臺(tái)的軟件。5.1膜厚的測量及控制-----臺(tái)階儀5.1膜厚的測量及控制-----臺(tái)階儀5.1膜厚的測量及控制-----干涉儀使用Fizeau盤實(shí)現(xiàn),它能夠發(fā)生多種反射導(dǎo)致一尖銳的干涉現(xiàn)象。膜厚可以通過在膜上形成階梯,從而從干涉條紋極小值的漂移來測定膜的厚度。2)X射線干涉儀(Kie
4、ssig條紋)當(dāng)掠入射時(shí),X射線被平整表面反射和透過,反射級(jí)數(shù)稍稍不同于1,通過表面和界面反射的光程差,可求的膜厚。1)光學(xué)厚度干涉5.1膜厚的測量及控制-----橢偏儀橢偏儀方法利用的是物質(zhì)界面對(duì)于不同偏振態(tài)光具有不一樣的反射、折射能力的特性。即:偏振光在薄膜表面與界面處的反射與透射現(xiàn)象。橢偏儀工作原理:單色光經(jīng)起偏鏡轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光之后,通過1/4波長片轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄆ駹顟B(tài)的橢圓偏振光,其后,此橢圓偏振光傾斜入射到薄膜樣品的表面,與薄膜樣品發(fā)生相互作用。在此之后,使用檢偏鏡和光檢測器測的橢圓偏振光的強(qiáng)度。根據(jù)橢圓偏振方
5、程,借助計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析,即可確定薄膜的厚度和其他光學(xué)性能。5.1膜厚的測量及控制-----橢偏儀5.1膜厚的測量及控制-----石英晶體振蕩法這是一個(gè)動(dòng)力學(xué)測重方法,通過沉積物使機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的慣性增加,從而減小振動(dòng)頻率。原理:石英作為壓電共振器,以切向模式運(yùn)動(dòng),具有一級(jí)振動(dòng)頻率,薄膜沉積過程中,石英頻率有一定的改變量,石英的厚度增加與沉積質(zhì)量等價(jià),進(jìn)而確定膜的厚度。測量靈敏度主要由石英厚度的力學(xué)極限和參考振蕩器的穩(wěn)定性決定。可用于在線監(jiān)測5.2薄膜結(jié)構(gòu)的表征薄膜的性能取決于薄膜的結(jié)構(gòu)和成分。其中薄膜結(jié)構(gòu)的研究可以依所研
6、究的尺度范圍劃分為以下三個(gè)層次:1、薄膜的宏觀形貌,包括薄膜尺寸、形狀、厚度、均勻性等;2、薄膜的微觀形貌,如晶粒及物相的尺寸大小和分布、孔洞和裂紋、界面擴(kuò)散層及薄膜結(jié)構(gòu)等。3、薄膜的顯微組織,包括晶粒內(nèi)的缺陷、晶界及外延界面的完整性、位錯(cuò)狀態(tài)等。1、從宏觀到微觀光學(xué)顯微鏡OM、掃描電鏡SEM觀察形貌;XRD檢測相;SEM、電子探針EPMA測成分透射電鏡鑒定相和組織2、由易到難光學(xué)(形貌)??SEM(形貌)??XRD(相鑒定)??EPMA(成分定量)TEM(微區(qū)的形貌、相鑒定、成分)5.2薄膜結(jié)構(gòu)的表征5.2薄膜結(jié)構(gòu)的表征
7、------X射線衍射1、X射線衍射法常規(guī)確定材料的結(jié)構(gòu)的方法。X射線衍射是確定三維有序固體的經(jīng)典和成熟的技術(shù)。2dhklsinθB=nλZAO的X射線衍射圖掠入射角X射線衍射(GIXS):X射線衍射技術(shù)可以唯一的確定近固體表面的晶相。X射線衍射最適合分析厚度大于幾十納米的薄膜,為了限制X光的穿透深度,提高膜相對(duì)于基片的衍射圖案強(qiáng)度,一般采用掠入射角方法。X射線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):提供最高的角分辨率;提供更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(相對(duì)電子衍射數(shù)據(jù));可以在樣品中的一個(gè)小區(qū)域進(jìn)行衍射(強(qiáng)度比電子衍射低)。在薄膜中,每一相可由它們的特征衍射圖
8、案來確定,這一衍射圖案也提供有關(guān)晶粒取向和晶粒尺寸分布等信息。5.2薄膜結(jié)構(gòu)的表征------X射線衍射5.2薄膜結(jié)構(gòu)的表征------X射線衍射5.2薄膜結(jié)構(gòu)的表征------X射線衍射5.2薄膜結(jié)構(gòu)的表征------低能電子衍射(LEED)反射式高能電子衍射(RHEED)LEED:10~500eV,