電子科大薄膜物理趙曉輝第七章薄膜表征[通用]

1、第七章 薄膜的表征 物理性能表征X-ray diffraction X射線衍射 (XRD)Transmission electron microscopy透射電鏡 (TEM)Optical microscopy 光學(xué)顯微鏡Scanning electron microscopy 掃描電鏡 (SEM) Atom force microscopy 原子力顯微鏡(AFM)Secondary ion mass spectroscopy 二次離子質(zhì)譜 (SIMS) 電學(xué)性能測(cè)試Van der Pauw Hall 霍爾效應(yīng)Capacitance-voltage (C-V) 光學(xué)性能測(cè)試 Photolumi

2、nescence (PL) 熒光光譜材料表征方法Extracted from 厚度和沉積速率表征方法厚度表征方法臺(tái)階儀Profiler干涉顯微鏡 Interference microscope 石英晶體振蕩薄膜厚度監(jiān)控Oscillator for quartz crystal thickness monitor橢偏儀 ellipsometer電子顯微鏡 SEM斷面掃描臺(tái)階儀臺(tái)階儀測(cè)試結(jié)果示例光干涉法單色光從薄膜上、下表面反射，當(dāng)膜厚導(dǎo)致的光程差為n倍時(shí)，會(huì)發(fā)生干涉。光程差為：nc(AB+BC) AN又，折射定律：光程差位相變化(正入射)0，透射光，反射光反射回折射率小的物質(zhì)0，反射光反射回折射

3、率大的物質(zhì)2.1 透明薄膜厚度的測(cè)量測(cè)試條件：?jiǎn)紊狻⒋怪比肷?，反射光?qiáng)度將隨膜厚而周期變化。極值出現(xiàn)在：n1n2，極大值n1n2，極小值金屬膜吸收太強(qiáng)，不適用。2.2 不透明薄膜厚度的測(cè)量 等厚干涉條紋法單色平行光照射到楔形薄膜上，反射后，會(huì)在固定的位置產(chǎn)生干涉的最大和最小，所以可觀察到明暗相間的平等條紋。若膜厚不均，干涉條紋也就不規(guī)則。若膜厚有臺(tái)階，干涉條紋出現(xiàn)臺(tái)階，顯然相鄰干涉條紋間相差/2。石英晶體振蕩法 原理：利用石英晶體的振蕩頻率隨晶片厚度變化的關(guān)系，在晶片上鍍膜，測(cè)頻率的變化，就可求出質(zhì)量膜厚。 固有頻率：厚度方向彈性波的速度數(shù)學(xué)關(guān)系若在蒸鍍時(shí)石英晶體上接收的淀積厚度(質(zhì)量膜厚)

4、為dx，則相應(yīng)的晶體厚度變化為薄膜密度優(yōu)點(diǎn)：原位測(cè)量法，引入時(shí)間的微分電路，還可測(cè)薄膜的生長(zhǎng)速度，靈敏度高，20Hz左右，相應(yīng)于石英的質(zhì)量膜厚為12埃。缺點(diǎn)：（1）只能得到平均膜厚；（2）當(dāng)石英晶片與蒸發(fā)源位置改變時(shí)，需校準(zhǔn)；（3）在濺射法中測(cè)膜厚，易受電磁干擾；（4）探頭溫度不能超過80。 特點(diǎn)形貌表征Microscope/顯微鏡Polarizing Microscopes/極化顯微鏡phase contrast microscope/相襯度顯微鏡SEMTEM原子級(jí)分辨率AFM，STMAFMa.30minb.1hc.3hd.6hdislocation結(jié)構(gòu)表征DiffractionXRDHEED，LEED，RHEEDNeutron diffraction/中子衍射 TEM薄膜結(jié)構(gòu)位錯(cuò)，弛豫晶格失配應(yīng)力織構(gòu)結(jié)晶度粗糙度厚度密度SubstrateLayer 1Layer 2薄膜內(nèi)在結(jié)構(gòu)單晶多晶無定形薄膜相關(guān)參數(shù)應(yīng)力，弛豫，晶格失配粗糙度晶體取向缺陷和晶粒大小厚度A CA BA BxC1-x化學(xué)組成晶格常數(shù)abc平面結(jié)構(gòu)X射線衍射儀示意圖布拉維格子XRD圖譜薄膜織構(gòu)分析面內(nèi)和面外取向薄膜組分Xray fluorescence/x射線熒光分析Electron Probe Micro-analyzer 光電子能譜 XPS俄歇電子能譜 AES盧瑟