薄膜材料性能表征方法介紹

關(guān)于薄膜材料性能表征方法介紹第一節(jié)薄膜厚度測(cè)量技術(shù)一、薄膜厚度的光學(xué)測(cè)量方法二、薄膜厚度的機(jī)械測(cè)量方法第2頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、薄膜厚度的光學(xué)測(cè)量方法1、光的干涉條件觀察到干涉極小的條件是光程差等于（N+1/2）λ。第3頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、不透明薄膜厚度測(cè)量的等厚干涉條紋（FET）和等色干涉條紋（FECO）法等厚干涉條紋的測(cè)量裝置如圖（a）所示。

首先，在薄膜的臺(tái)階上下均勻地沉積上一層高反射率的金屬層。然后在薄膜上覆蓋上一塊半反半透的平面鏡。由于在反射鏡與薄膜表面之間一般總不是完全平行的，因而在單色光的照射下，反射鏡和薄膜之間光的多次反射將導(dǎo)致等厚干涉條紋的產(chǎn)生。

等色干涉條紋法需要將反射鏡與薄膜平行放置，另外要使用非單色光源照射薄膜表面，并采用光譜議分析干涉極大出現(xiàn)的條件。第4頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、透明薄膜厚度測(cè)量的干涉法在薄膜與襯底均是透明的，而且它們的折射率分別為n1和n2的情況下，薄膜對(duì)垂直入射的單色光的反射率隨著薄膜的光學(xué)厚度n1d的變化而發(fā)生振蕩，如圖中針對(duì)n1不同，而n2=1.5時(shí)的情況所畫(huà)出的那樣，對(duì)于n1>n2的情況，反射極大的位置出現(xiàn)在在兩個(gè)干涉極大之間是相應(yīng)的干涉極小。對(duì)于n1<n2的情況，反射極大的條件變?yōu)棣藶閱紊獠ㄩL(zhǎng)，m為任意非負(fù)的整數(shù)。為了能夠利用上述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)于薄膜厚度的測(cè)量，需要設(shè)計(jì)出強(qiáng)振蕩關(guān)系的具體測(cè)量方法。（1）利用單色光入射，但通過(guò)改變?nèi)肷浣嵌龋胺瓷浣嵌龋┑姆椒▉?lái)滿足干涉條件的方法被稱為變角度干涉法（VAMFO），其測(cè)量裝置原理圖如圖。（2）使用非單色光入射薄膜表面，在固定光的入射角度的情況下，用光譜儀分析光的干涉波長(zhǎng)，這一方法被稱為等角反射干涉法（CARIS）。返回第5頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、薄膜厚度的機(jī)械測(cè)量方法1、表面粗糙度儀法

用直徑很小的觸針滑過(guò)被測(cè)薄膜的表面，同時(shí)記錄下觸針在垂直方向的移動(dòng)情況并畫(huà)出薄膜表面輪廓的方法被稱為粗糙度儀法。這種方法不僅可以被用來(lái)測(cè)量表面粗糙度，也可以被用來(lái)測(cè)量薄膜臺(tái)階的高度。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，測(cè)量直觀；缺點(diǎn)：（1）容易劃傷較軟的薄膜并引起測(cè)量誤差；（2）對(duì)于表面粗糙的薄膜，并測(cè)量誤差較大。2、稱重法如果薄膜的面積A、密度ρ和質(zhì)量m可以被精確測(cè)定的話，由公式就可以計(jì)算出薄膜的厚度d。缺點(diǎn)：它的精度依賴于薄膜的密度ρ以及面積A的測(cè)量精度。第6頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天3石英晶體振蕩器法

將石英晶體沿其線膨脹系數(shù)最小的方向切割成片，并在兩端面上沉積上金屬電極。由于石英晶體具有壓電特性，因而在電路匹配的情況下，石英片上將產(chǎn)生固有頻率的電壓振蕩。將這樣一只石英振蕩器放在沉積室內(nèi)的襯底附近，通過(guò)與另一振蕩電路頻率的比較，可以很精確地測(cè)量出石英晶體振蕩器固有頻率的微小變化。在薄膜沉積的過(guò)程中，沉積物質(zhì)不斷地沉積到晶片的一個(gè)端面上，監(jiān)測(cè)振蕩頻率隨著沉積過(guò)程的變化，就可以知道相應(yīng)物質(zhì)的沉積質(zhì)量或薄膜的沉積厚度。返回第7頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)薄膜結(jié)構(gòu)的表征方法一、簡(jiǎn)介二、掃描電子顯微鏡三、透射電子顯微鏡四、X射線衍射方法五、低能電子衍射（LEED）和反射式高能電子衍射（RHEED）六、掃描隧道顯微鏡（STM）七、原子力顯微鏡（AFM）返回第8頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、簡(jiǎn)介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)的研究可以依所研究的尺度范圍被劃分為以下三個(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)散層及薄膜織構(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)組態(tài)等。針對(duì)研究的尺度范圍，可以選擇不同的研究手段。返回第9頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、掃描電子顯微鏡ScanningElectronicMicroscope(SEM)工作原理：由熾熱的燈絲陰極發(fā)射出的電子在陽(yáng)極電壓的加速下獲得一定的能量。其后，加速后的電子將進(jìn)入由兩組同軸磁場(chǎng)構(gòu)成的透鏡組，并被聚焦成直徑只有5nm左右的電子束。裝置在透鏡下面的磁場(chǎng)掃描線圈對(duì)這束電子施加了一個(gè)總在不斷變化的偏轉(zhuǎn)力，從而使它按一定的規(guī)律掃描被觀察的樣品表面的特定區(qū)域上。優(yōu)點(diǎn)：提供清晰直觀的形貌圖像，分辨率高，觀察景深長(zhǎng)，可以采用不同的圖像信息形式，可以給出定量或半定量的表面成分分析結(jié)果等。1、二次電子像二次電子是入射電子從樣品表層激發(fā)出來(lái)的能量最低的一部分電子。二次電子低能量的特點(diǎn)表明，這部分電子來(lái)自樣品表面最外層的幾層原子。用被光電倍增管接收下來(lái)的二次電子信號(hào)來(lái)調(diào)制熒光屏的掃描亮度。由于樣品表面的起伏變化將造成二次電子發(fā)射的數(shù)量及角度分布的變化，如圖（c），因此，通過(guò)保持屏幕掃描與樣品表面電子束掃描的同步，即可使屏幕圖像重現(xiàn)樣品的表面形貌，而屏幕上圖像的大小與實(shí)際樣品上的掃描面積大小之比即是掃描電子顯微鏡的放大倍數(shù)。特點(diǎn)：有較高的分辨率。第10頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、背反射電子像如圖（b）所示，除了二次電子之外，樣品表面還會(huì)將相當(dāng)一部分的入射電子反射回來(lái)。這部分被樣品表面直接反射回來(lái)的電子具有與入射電子相近的高能量，被稱為背反射電子。接收背反射電子的信號(hào)，并用其調(diào)制熒光屏亮度而形成的表面形貌被稱為背反射電子像。3、掃描電子顯微鏡提供的其他信號(hào)形式掃描電子顯微鏡除了可以提供樣品的二次電子和背反射電子形貌以外，同時(shí)還可以產(chǎn)生一些其他的信號(hào)，例如電子在與某一晶體平面發(fā)生相互作用時(shí)會(huì)被晶面所衍射產(chǎn)生通道效應(yīng)，原子中的電子會(huì)在受到激發(fā)以后從高能態(tài)回落到低能態(tài)，同時(shí)發(fā)出特定能量的X射線或俄歇電子等。接收并分析這些信號(hào)，可以獲得另外一些有關(guān)樣品表層結(jié)構(gòu)及成分的有用信息。返回場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡FieldEmissionSEM(FESEM)分辨率可達(dá)1-2nm第11頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第12頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第13頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、透射電子顯微鏡TransmissionElectronicMicroscope特點(diǎn)：電子束一般不再采取掃描方式對(duì)樣品的一定區(qū)域進(jìn)行掃描，而是固定地照射在樣品中很小的一個(gè)區(qū)域上；透射電子顯微鏡的工作方式是使被加速的電子束穿過(guò)厚度很薄的樣品，并在這一過(guò)程中與樣品中的原子點(diǎn)陣發(fā)生相互作用，從而產(chǎn)生各種形式的有關(guān)薄膜結(jié)構(gòu)和成分的信息。透射電子顯微鏡的基本工作模式有兩種：影像模式和衍射模式。

兩種工作模式之間的轉(zhuǎn)換主要依靠改變物鏡光柵及透鏡系統(tǒng)電流或成像平面位置來(lái)進(jìn)行。1、透射電子顯微鏡的衍射工作模式在衍射工作模式下，電子在被晶體點(diǎn)陣衍射以后又被分成許多束，包括直接透射的電子束和許多對(duì)應(yīng)于不同晶體學(xué)平面的衍射束。右圖是不同薄膜材料在透射電子顯微鏡下的電子衍射譜，通過(guò)對(duì)它的分析可以得到如下一些薄膜的結(jié)構(gòu)信息：（1）晶體點(diǎn)陣的類型和點(diǎn)陣常數(shù)；（2）晶體的相對(duì)方位；（3）與晶粒的尺寸大小、孿晶等有關(guān)的晶體缺陷的顯微結(jié)構(gòu)方面的信息。第14頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、透射電子顯微像襯度形成

用物鏡光柵取透射電子束或衍射電子束之中的一束就可以構(gòu)成樣品的形貌像。這是因?yàn)椋瑯悠分腥魏蔚牟痪鶆蛐远紝⒎从吃谄鋵?duì)入射電子束的不同的衍射本領(lǐng)上。對(duì)使用透射束成像的情況來(lái)講，空間的不均勻性將使得衍射束的強(qiáng)度隨位置而變化，因而透射束的強(qiáng)度也隨著發(fā)生相應(yīng)的變化。即不論是透射束還是衍射束，都攜帶了樣品的不同區(qū)域?qū)﹄娮友苌淠芰Φ男畔ⅰ⑦@一電子束成像放大之后投影在熒光屏上，就得到了樣品組織的透射像。電子束成像的方式可以被進(jìn)一步細(xì)分為三種：（1）明場(chǎng)像即只使用透射電子束，而用光柵檔掉所有衍射束的成像方式。（2）暗場(chǎng)像透射的電子束被光柵檔掉，而用一束衍射束來(lái)作為成像光源。（3）相位襯度允許兩束或多束電子參與成像。右圖是Au薄膜的高分辨率點(diǎn)陣像，從其中已可以分辨出一個(gè)個(gè)Au原子的空間排列。返回第15頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第16頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第17頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、X射線衍射方法

特定波長(zhǎng)的X射線束與晶體學(xué)平面發(fā)生相互作用時(shí)會(huì)發(fā)生X射線的衍射，衍射現(xiàn)象發(fā)生的條件即是布拉格公式其中，λ為入射的X射線波長(zhǎng)，d為相應(yīng)晶體學(xué)面的面間距，θ為入射X射線與相應(yīng)晶面的夾角，如圖所示，而n為任意自然數(shù)。上式表明，當(dāng)晶面與X射線之間滿足上述幾何關(guān)系時(shí)，X射線的衍射強(qiáng)度將相互加強(qiáng)。因此，采取收集入射和衍射X射線的角度信息及強(qiáng)度分布的方法，可以獲得晶體點(diǎn)陣類型、點(diǎn)陣常數(shù)、晶體取向、缺陷和應(yīng)力等一系列有關(guān)的材料結(jié)構(gòu)信息。解決薄膜衍射強(qiáng)度偏低問(wèn)題的途徑可以有以下三條：（1）采用高強(qiáng)度的X射線源。（2）延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間。（3）采用掠角衍射技術(shù)。返回第18頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第19頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、低能電子衍射（LEED）和反射式高能電子衍射（RHEED）由2dsinθ=nλ可知，要想對(duì)薄膜的表面進(jìn)行研究，可以采取兩種方法。1、采用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電子束，對(duì)應(yīng)的電子束入射角和衍射角均比較大。由于這時(shí)的電子能量較低，因而電子束對(duì)樣品表面的穿透深度很小。2、采用波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于晶體點(diǎn)陣原子面間距的電子束。這時(shí)，對(duì)應(yīng)的電子入射角和衍射角均較小，因而穿透深度也只限于薄膜的表層。下圖分別對(duì)應(yīng)低能及高能電子的衍射方法。返回第20頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天六、掃描隧道顯微鏡（ScanningTunnelingMicroscope-STM）掃描隧道顯微鏡的基本原理是利用量子理論中的隧道效應(yīng)。

將原子線度的極細(xì)探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)樣品與針尖的距離非常接近時(shí)（通常小于1nm），在外加電場(chǎng)的作用下，電子會(huì)穿過(guò)兩個(gè)電極之間的勢(shì)壘流向另一電極，這種現(xiàn)像即是隧道效應(yīng)。

隧道電流I是電子波函數(shù)重疊的量度，與針尖和樣品之間距離S和平均功函數(shù)Φ有關(guān)：Vb是加在針尖和樣品之間的偏置電壓，A是常數(shù)。

由上式可知，隧道電流強(qiáng)度對(duì)針尖與樣品表面之間距非常敏感，如果距離S減小0.1nm，隧道電流I將增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此利用電子反饋線路控制隧道電流的恒定，并用壓電陶瓷材料控制針尖在樣品表面的掃描，則探針在垂直于樣品方向上高低的變化就反映出樣品表面的起伏，如圖（a）。將針尖在樣品表面掃描時(shí)運(yùn)動(dòng)的軌跡直接在熒光屏或記錄紙上顯示出來(lái)，就得到了樣品表面態(tài)密度的分布或原子排列的圖象。恒電流模式S為針尖與樣品間距，I、Vb為隧道電流和偏置電壓，Vz為控制針尖在z方向高度的反饋電壓。第21頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天

對(duì)于起伏不大的樣品表面，可以控制針尖高度守恒掃描，通過(guò)記錄隧道電流的變化亦可得到表面態(tài)密度的分布，如圖（b）。這種掃描方式的特點(diǎn)是掃描速度快，能夠減少噪音和熱漂移對(duì)信號(hào)的影響，但一般不能用于觀察表面起伏大于1nm的樣品。

任何借助透鏡來(lái)對(duì)光或其它輻射進(jìn)行聚焦的顯微鏡都不可避免的受到一條根本限制：光的衍射現(xiàn)象。由于光的衍射，尺寸小于光波長(zhǎng)一半的細(xì)節(jié)在顯微鏡下將變得模糊。而STM則能夠輕而易舉地克服這種限制，因而可獲得原子級(jí)的高分辨率。

從STM的工作原理可知，在STM觀測(cè)樣品表面的過(guò)程中，掃描探針的結(jié)構(gòu)所起的作用是很重要的。如針尖的曲率半徑是影響橫向分辨率的關(guān)鍵因素；針尖的尺寸、形狀及化學(xué)同一性不僅影響到STM圖象的分辨率，而且還關(guān)系到電子結(jié)構(gòu)的測(cè)量。返回恒高度模式第22頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天C60第23頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天七、原子力顯微鏡（AFM）

AFM的工作原理如圖，將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸。由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力（10-8~10-6N），通過(guò)在掃描時(shí)控制這種力的恒定，帶有針尖的微懸臂將對(duì)應(yīng)于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運(yùn)動(dòng)。利用光學(xué)檢測(cè)法或隧道電流檢測(cè)法，可測(cè)得微懸臂對(duì)應(yīng)于掃描各點(diǎn)的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的信息。返回第24頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天SolidStateLaboratoryDepartmentofElectronicEngineering,CUHK

ScanningProbeMicroscope(SPM)第25頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第26頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)薄膜成分的表征方法一、原子內(nèi)的電子激發(fā)及相應(yīng)的能量過(guò)程二、X射線能量色散譜（EDX）三、俄歇電子能譜（AES）四、X射線光電子能譜（XPS）五、盧瑟福背散射技術(shù)（RBS）六、二次離子質(zhì)譜（SIMS）返回第27頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、原子內(nèi)的電子激發(fā)及相應(yīng)的能量過(guò)程

在基態(tài)時(shí)，原子內(nèi)層電子的排布情況可如示意性地如圖(a)所示，其中，K、L、M分別表示了1s、2s-2p、3s等電子態(tài)的相應(yīng)殼層，而用L1、L2，3表示2s和2p兩個(gè)亞殼層的電子態(tài)。

在外部能量的激發(fā)下，比如在外來(lái)電子的激發(fā)下，原子最內(nèi)層的K殼層上的電子將會(huì)受到激發(fā)而出現(xiàn)一個(gè)空的能態(tài)，如圖(b)所示。根據(jù)其后這一電子態(tài)被填充的過(guò)程不同，可能發(fā)生兩種情況。（1）這一空能級(jí)為一個(gè)外層電子，比如M或L層的電子所占據(jù)，并在電子躍遷的同時(shí)放出一個(gè)X射線光子，如圖(c)所示。（2）空的K能級(jí)被外層電子填充的同時(shí)并不發(fā)出X射線，而是放出另一個(gè)外層電子，如圖(d)所示。這一能量轉(zhuǎn)換過(guò)程被稱為俄歇過(guò)程，相應(yīng)放出的電子被稱為俄歇電子。(a)(b)(c)(d)返回第28頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、X射線能量色散譜（EDX）X射線能量色譜儀又被簡(jiǎn)稱為能譜儀。

作為一種常規(guī)成分分析儀器，它已被廣泛安裝于掃描和透射電子顯微鏡上，作為材料結(jié)構(gòu)研究中主要成分分析手段。在這種情況下，電子顯微鏡產(chǎn)生的高能電子束既要完成提示材料結(jié)構(gòu)特征的任務(wù)，又要起到激發(fā)材料中電子使其發(fā)射特征X射線的作用。

由于電子顯微鏡中的電子束可以被聚焦至很小的斑點(diǎn)，因而所得到的成分信息可以是來(lái)自樣品中很小的一點(diǎn)。因此，X射線能量色散譜可以作為樣品微區(qū)成分分析的手段。返回第29頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、俄歇電子能譜（AES）

以電子束激發(fā)樣品元素的內(nèi)層電子，可以使得該元素發(fā)射出俄歇電子。接收、分析這些電子的能量分布，達(dá)到分析樣品成分目的的儀器被稱為俄歇電子能譜儀。

典型的俄歇能譜儀的示意圖如圖所示。為了使樣品表面不受污染，俄歇電子能譜儀工作在10-8Pa的超高真空條件下。同時(shí)，在儀器中一般還配有離子槍，可以對(duì)樣品表面進(jìn)行離子濺射，以清潔樣品表面或進(jìn)行樣品成分深度分析。返回第30頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、X射線光電子能譜（XPS）

不僅電子可以被用來(lái)激發(fā)原子的內(nèi)層電子，能量足夠高的光子也可以作為激發(fā)源，通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生出具有一定能量的光電子。X射線光電子能譜儀就是利用能量較低的X射線源作為激發(fā)源，通過(guò)分析樣品發(fā)射出來(lái)的具有特征能量的電子，實(shí)現(xiàn)分析樣品化學(xué)成分目的的一種分析儀器。在X射線光電子能譜儀的情況下，被激發(fā)出來(lái)的電子應(yīng)該具有能量其中v為入射X射線的頻率，EB是被激發(fā)出來(lái)的電子原來(lái)的能級(jí)能量。在入射X射線波長(zhǎng)固定的情況下，測(cè)量激發(fā)出來(lái)的光電子的能量E，就可以獲得樣品中元素含量和其分布的情況。返回第31頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第32頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、盧瑟福背散射技術(shù)（RBS）

具有較高能量而質(zhì)量較小的離子在與物質(zhì)碰撞的過(guò)程中會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，這一相應(yīng)的過(guò)程被稱為盧瑟福散射。利用這一物理現(xiàn)象作為探測(cè)、分析薄膜材料的化學(xué)成分的分布的方法，被稱為盧瑟福背散射技術(shù)。如圖(a)所示，由于離子能量很高而質(zhì)量又很小，因而它將具有一定的對(duì)物質(zhì)的穿透能力，并且不會(huì)造成物質(zhì)本身的濺射。在穿透物質(zhì)的同時(shí)，高能離子與物質(zhì)間的相互作用可以被分為不同的兩種情況：（1）高能離子在遠(yuǎn)離原子核的地方通過(guò)，并以不斷激發(fā)原子周?chē)碾娮拥姆绞较淖陨淼哪芰?。?）當(dāng)離子的運(yùn)動(dòng)軌跡接近了物質(zhì)的原子核時(shí)，它與后者之間將發(fā)生經(jīng)典的彈性碰撞過(guò)程。下圖是盧瑟福背散射分析所使用的裝置的示意圖。返回第33頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天SolidStateLaboratoryDepartmentofElectronicEngineering,CUHK2MVTandemAccelerator第34頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天2MVTandemAcceleratorSolidStateLaboratoryDepartmentofElectronicEngineering,CUHKAnalysermagnetIonSourcesAcceleratortubeElectrostaticquadrupletriplelensExternalPIXEirradiationchamberIon-implantationchamberMulti-purposeirradiationchamber第35頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天IncidentionBackscatteredprimaryionRBS/C-RBSBound(Auger)electronsAESX-rayemissionPIXEDisplacedatomsImplantationVisible,UVphotonsNuclearreactionsion,g-rays,neutronsNRASecondaryelectronsVacuumSolid第36頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第37頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天六、二次離子質(zhì)譜（SIMS）

質(zhì)譜方法是利用電離后原子、分子或原子團(tuán)質(zhì)量不同的特點(diǎn)分辨其化學(xué)構(gòu)成的方法，相應(yīng)的分析儀器被稱為質(zhì)譜儀。利用質(zhì)譜儀可以直接對(duì)處于氣體狀態(tài)的原子或分子進(jìn)行分析。但對(duì)于固態(tài)物質(zhì)，就需要先用特定的手段將它變成可供分析的離子狀態(tài)。二次離子質(zhì)譜就是利用離子濺射的手段，首先從固體的表面濺射出二次離子，再對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量分析的儀器。特點(diǎn)：具有極高的檢出極限，它可以檢測(cè)的元素相對(duì)含量甚至可以達(dá)到10-6的低水平，這是上面介紹過(guò)的各類成分分析方法所不能比擬的。缺點(diǎn)：譜的分析比較復(fù)雜。二次離子質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，它裝備有Ar+、O2-以及Cs+離子源，其能量大致在2-15keV之間。離子束轟擊樣品后產(chǎn)生出的二次離子或離子團(tuán)首先被引入離子能量分析器，其結(jié)構(gòu)原理與前面介紹過(guò)的靜電式俄歇電子能量分析器類似。返回第38頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章薄膜材料及其應(yīng)用第一節(jié)耐磨及表面防護(hù)涂層第二節(jié)金剛石薄膜第三節(jié)集成電路及能帶工程第四節(jié)集成光學(xué)器件第五節(jié)磁記錄薄膜和光存儲(chǔ)薄膜第六節(jié)新型光電發(fā)射薄膜Ag-BaO第39頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)耐磨及表面防護(hù)涂層一、硬質(zhì)涂層二、熱防護(hù)涂層三、防腐涂層第40頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、硬質(zhì)涂層

常用于硬質(zhì)涂層的材料可按其材料類別被細(xì)分為陶瓷以及金屬間化合物兩類，而基底材料則是一些高強(qiáng)度、高韌性的合金材料。特點(diǎn)：1、都具有很高的硬度、熔點(diǎn)和彈性模量；

2、線膨脹系數(shù)較低；

3、斷裂韌性要低于常用的金屬材料。第一個(gè)特點(diǎn)是采用硬質(zhì)涂層的原因，第二、三個(gè)特點(diǎn)的殘余熱應(yīng)力及與其密切相關(guān)的涂層與基底間的附著力，涂層的疲勞及抗沖擊性能等。

涂層材料與基底材料線膨脹系數(shù)的差別將引起涂層及基底中產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致涂層從基底表面脫落。

另一個(gè)衡量涂層抵搞溫度變化引起的應(yīng)力的指標(biāo)是熱沖擊抗力ST，它與由溫度差ΔT引起的熱流密度與由線膨脹系數(shù)不匹配和溫度變化引起的熱應(yīng)力σ之比有關(guān)，其具體表達(dá)式為其中，κ為涂層材料的熱導(dǎo)率，d為涂層厚度，E和v為涂層材料的楊氏模量和泊松比，Δα為涂層與襯底材料間線膨脹系數(shù)之差。第41頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、ST相當(dāng)于表面涂層中產(chǎn)生單位應(yīng)力時(shí)，相應(yīng)達(dá)到的熱流密度與涂層厚度和乘積。2、ST的數(shù)值越大，則表示涂層受到一定大小的熱沖擊時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力也越小，發(fā)生斷裂的傾向也越低。3、氧化物陶瓷的熱導(dǎo)系數(shù)κ大大低于其他材料，因而其ST較低，最容易在溫度變化的同時(shí)產(chǎn)生斷裂。由于基底材料不同，可以采用的CVD沉積溫度也有很大差別。例如，沉積TiN的不同方法就包括：（1）高溫法（850-1200°C）（2）中溫法（700-850°C）（3）低溫法（300-700°C）其中，第三種方法需要以等離子體方法促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。返回第42頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、熱防護(hù)涂層提高高溫合金使用溫度，防止其在高溫氧化環(huán)境中產(chǎn)生性能退化的一個(gè)有效途徑是對(duì)其加以熱防護(hù)涂層。這種熱防護(hù)涂層通常是由一層金屬涂層和一層氧化物熱防護(hù)層組成的復(fù)合涂層。金屬涂層的一般的成分是(Ni,Co,Fe)CrAlY，作用：1、在基底金屬與氧化物涂層之間提供一個(gè)過(guò)渡層，從而提高整個(gè)熱防護(hù)層對(duì)基底材料的附著力。

2、金屬涂層的中稀土元素Y還具有保護(hù)基底材料和涂層界面不被氧化的重要作用。氧化物熱防護(hù)層的主要組分是ZrO2。作用：具有低的熱導(dǎo)率，可以有效地降低高溫工作部件在關(guān)鍵部位的溫度，從而達(dá)到提高材料的使用溫度的目的。

通常采用等離子噴涂的方法制備上述的熱防護(hù)復(fù)合涂層，涂層厚度為數(shù)百微米。涂層后部件的使用溫度通?？梢赃_(dá)到1300°C左右。返回第43頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、防腐涂層防腐涂層的種類可以依要求防護(hù)的材料和使用環(huán)境的不同有很大的差別。（1）陽(yáng)極防護(hù)性涂層。Zn、Al、Zn-Al、Al-Mg-Re合金的涂層可以依靠自身較負(fù)的電極電位，提高被涂層的鋼鐵材料抵抗各種大氣及海水條件侵蝕的能力。這時(shí)，涂層本身作為陽(yáng)極，保護(hù)了作為陰極的鋼鐵基底，如圖所示。（2）不銹鋼及各種鎳鉻合金涂層。不銹鋼表面會(huì)自然形成一層致密的Cr2O3保護(hù)膜，具有良好的耐腐蝕性能和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、韌性、耐磨性和可加工性，與鋼鐵材料基底的附著性好，因而常被噴涂于各種機(jī)械部件上，用以提高其抗蝕性。（3）陶瓷材料涂層。陶瓷材料一般均具有較好的抗腐蝕性能，還具有較好的耐熱性能和耐磨性能，因而也可被用來(lái)制造耐蝕涂層。（4）高分子材料涂層。高分子材料一般具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，并且具有適當(dāng)?shù)捻g性和耐磨性能，因而也可以被用來(lái)制備金屬部件的防護(hù)涂層。返回第44頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)金剛石薄膜一、金剛石薄膜的制備技術(shù)二、金剛石薄膜的應(yīng)用第45頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、金剛石薄膜的制備技術(shù)

合成金剛石薄膜的CVD方法一般采用1000°C以下的襯底溫度和低于0.1MPa的壓力條件，在這一溫度和壓力范圍內(nèi)，石墨是碳的穩(wěn)定相，而金剛石則是不穩(wěn)定的。

下圖是目前使用最多的沉積金剛石薄膜的熱絲CVD裝置示意圖。在襯底的上方，裝有一根或數(shù)根被加熱至2000°C左右高溫的導(dǎo)電金屬絲，它的作用是激活流過(guò)它附近的由H2和少量CH4組成的工作氣體，使其部分分解為活性氫原子H*和甲基CH3*其中的星號(hào)表示相應(yīng)的原子或原子團(tuán)具有一定的化學(xué)反應(yīng)活性。上述活性原子或基團(tuán)在擴(kuò)散至襯底表面時(shí)，將發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，其中比較重要的有如此循環(huán)反復(fù)，原有的金剛石核心就逐漸成長(zhǎng)為金剛石晶粒，而無(wú)數(shù)的金剛石晶粒則逐漸形成金剛石薄膜。第46頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天使得金剛石相優(yōu)先生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)條件就是大量氫原子的存在。據(jù)分析，活性氫原子除了具有上述的協(xié)助金剛石相生長(zhǎng)的作用之外，至少還有以下兩方面的作用：（1）吸附于金剛石相的表面，從而穩(wěn)定金剛石相；（2）優(yōu)先刻蝕石墨相，從而抑制石墨相的沉積或生長(zhǎng)。下圖是其它幾種CVD方法的裝置示意圖。在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上，為了提高金剛石在一般襯底材料表面的形核密度，一個(gè)最有效的方法就是使用金剛石粉對(duì)襯底進(jìn)行機(jī)械研磨。據(jù)分析，這種做法促進(jìn)金剛石相形核的作用可以歸結(jié)為以下兩方面的作用：（1）研磨在襯底表面留下了尺寸極小，但數(shù)量極大的金剛石微顆粒，它們?cè)贑VD環(huán)境中生長(zhǎng)成為金剛石膜；（2）研磨在襯底表面造成了大量的晶格損傷，這些晶格損傷點(diǎn)由于能量相對(duì)較高，很容易作為金剛石相的形核位置而發(fā)揮作用。返回第47頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、金剛石薄膜的應(yīng)用1、金剛石力學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用。金剛石的高硬度、高耐磨性使得金剛石薄膜成為極佳的工具材料。（1）將沉積后的金剛石薄膜剝離下來(lái)，然后重新加以切割、研磨，并焊接到工具的尖端上。這種應(yīng)用形式具有金剛石膜較厚、工具使用壽命較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有工具的開(kāi)關(guān)不可能做得很復(fù)雜的缺點(diǎn)。（2）將金剛石膜直接沉積到工具的表面上，薄膜厚度較薄，成本較低。難點(diǎn)在于沉積的薄膜對(duì)襯底材料的附著力不容易提高。缺點(diǎn)是它不適于鋼鐵材料的高速切削加工。2、金剛石熱學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用。金剛石具有極高的熱導(dǎo)率。在室溫條件下，金剛石的熱導(dǎo)率是銅的五倍，同時(shí)金剛石本身又是極好的絕緣材料，這使得金剛石成為極好的高功率光電子元件的散熱器件材料。3、金剛石光學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用。金剛石在從紫外到遠(yuǎn)紅外的很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有很高的光譜透過(guò)性能。金剛石還具有極高的硬度、強(qiáng)度、熱導(dǎo)率以及極低的線膨脹系數(shù)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。這些優(yōu)異性質(zhì)的綜合使得金剛石薄膜成為可以在惡劣環(huán)境中使用的極好的光學(xué)窗口材料。4、金剛石聲學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用。金剛石具有極高的彈性模量，這決定了聲波在金剛石中具有極高的傳播速度。5、金剛石電學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用。金剛石具有較寬的禁帶寬度、高的載流子遷移率和飽和運(yùn)動(dòng)速度、高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)以及高的熱導(dǎo)率等。返回第48頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)集成電路及能帶工程一、集成電路制造技術(shù)二、發(fā)光二極管和異質(zhì)結(jié)激光器三、超晶格、量子阱和能帶工程第49頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、集成電路制造技術(shù)

圖(a)畫(huà)出了具有代表性的MOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)剖面圖，而集成電路和最基本的制造工藝流程則如圖(b)所示，它包括了將Si片的表層氧化構(gòu)成絕緣層，在其上涂布對(duì)某一光波長(zhǎng)敏感的光刻膠，在掩膜的幫助下使特定圖形的光刻膠曝光，去除未曝光刻膠并按照其圖形腐蝕掉氧化物層，在未被氧化物層覆蓋的區(qū)域上擴(kuò)散進(jìn)特定濃度的雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)攙雜、沉積導(dǎo)電連線等一系列步驟。返回第50頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、發(fā)光二極管和異質(zhì)結(jié)激光器圖(1)是GaAsp-n結(jié)發(fā)光(a)和相應(yīng)p-n結(jié)的能帶圖(b)(1)半導(dǎo)體p-n結(jié)產(chǎn)生激光的條件為：（1）載流子的電-光轉(zhuǎn)換效率要高，即要有足夠高比例的載流子復(fù)合過(guò)程導(dǎo)致光子的產(chǎn)生。（2）正向注入的電流要超過(guò)一定的閾值，即要有足夠濃度的載流子密度正向注入p-n結(jié)。（3）要有維持激光發(fā)射的諧振腔。這就是利用異質(zhì)結(jié)制造半導(dǎo)體激光器的原因。圖(2)是AlGaAs/GaAs/AlGaAs雙異質(zhì)結(jié)激光器的結(jié)構(gòu)圖(a)、相應(yīng)結(jié)構(gòu)的能帶圖，以及光折射率分布和發(fā)光強(qiáng)度分布圖(b)(2)返回第51頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、超晶格、量子阱和能帶工程

通過(guò)雜質(zhì)攙雜、異質(zhì)結(jié)生長(zhǎng)等措施可以人為地改變半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)，從而取得人們所預(yù)期的性能。這種人為地設(shè)計(jì)和改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，從而帶來(lái)特定的材料和器件特性的方法又被稱之為能帶工程。超晶格是指由不同的單晶體薄層周期性地交替外延所形成的高度完整的薄膜結(jié)構(gòu)，如圖，為Si/Ge0.4Si0.6超晶格。在同一種成分的基礎(chǔ)上，通過(guò)周期性地改變摻雜元素或濃度可以制成超晶格，如圖(a)所示。這種摻雜超晶格的特點(diǎn)是禁帶寬度不變，但周期性排布的p-n結(jié)勢(shì)壘不可能做得很陡，但應(yīng)用MBE方法可以制備出界面清晰的超晶格。超晶格的第二種形式如圖(b)所示，其特點(diǎn)是超晶格的成分在周期性地變化，同時(shí)禁帶寬度在不斷變化。第52頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天

由超晶格和量子阱特殊的電子能帶結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生出一系列優(yōu)異的光電性質(zhì)。在如圖(a)所畫(huà)出的器件結(jié)構(gòu)中，一個(gè)量子勢(shì)阱被兩個(gè)厚度很薄的勢(shì)壘與兩側(cè)的金屬電極所分開(kāi)。根據(jù)量子力學(xué)的原理，電子將具有從一側(cè)電極通過(guò)勢(shì)壘1進(jìn)入量子阱，再穿過(guò)勢(shì)壘2到達(dá)另一側(cè)電極的幾率，這在量子力學(xué)中被稱為隧道效應(yīng)。但由于在量子阱中電子只能存在于一些孤立的能級(jí)之上，因而當(dāng)金屬電極中的電子從費(fèi)米能級(jí)出發(fā)并進(jìn)入量子阱時(shí)，其能量需要與相應(yīng)的孤立能級(jí)相適應(yīng)。

當(dāng)滿足上述能量匹配條件時(shí)，被稱為發(fā)生了共振隧道效應(yīng)。這種隧道效應(yīng)將產(chǎn)生較大的電流，反之隧道電流則將較小。與此對(duì)應(yīng)的是在器件的伏安特性曲線上將出現(xiàn)一個(gè)電流極大值和一段負(fù)阻區(qū)，如圖(b)所示，利用這種負(fù)阻效應(yīng)可以制作多種高頻負(fù)阻器件。(a)(b)返回第53頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)集成光學(xué)器件一、集成光波導(dǎo)和光器件二、集成光學(xué)器件材料第54頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、集成光波導(dǎo)和光器件

集成光學(xué)器件中用來(lái)傳輸光信號(hào)的基本元件是光波導(dǎo)，其基本形式如右圖a、b所示，由襯底、光的傳輸層以及反射層三層結(jié)構(gòu)所組成。其中，光的傳輸層對(duì)光具有較高的折射率nf，其厚度d與光的波入λ相當(dāng)約為1μm。由于襯底及光反射層的折射率ns、nc均低于nf，因而當(dāng)光的傳播方向與襯底法線方向呈較大角度的情況下，光線將在光的傳輸層或波導(dǎo)中發(fā)生反復(fù)的全反射，從而實(shí)現(xiàn)光在波導(dǎo)中的定向傳輸，如下圖(a)所示。光線在波導(dǎo)中的另一種描述方式如左圖(b)所示，即在垂直于傳播的方向上，光波以駐皮的形式存在，而在傳播方向上，光波則是以行波的形式傳播。注意，即使是光波在波導(dǎo)中發(fā)生了全反射，還是有一部分光能穿出了波導(dǎo)并散布到了空間。返回第55頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、集成光學(xué)器件材料集成光學(xué)器件所采用的材料主要分為三類：1、以GaAs為基礎(chǔ)形成的光電子材料，包括AlGaAs、InP、GaInAsP等，它們是一般制作光電子器件常采用的材料。2、以LiNbO3為代表的具有特殊電光性質(zhì)的單晶材料。3、包括各種多晶和非晶態(tài)的物質(zhì)，如氧化物、玻璃以及聚合物等。右圖是光學(xué)集成射頻頻譜分析器。返回第56頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天第五節(jié)磁記錄薄膜和光存儲(chǔ)薄膜一、簡(jiǎn)介二、復(fù)合磁頭和薄膜磁頭三、磁記錄介質(zhì)薄膜及其制造技術(shù)四、光存儲(chǔ)介質(zhì)概況五、磁光存儲(chǔ)（Magneto-OpticalRecording,MO）六、相變光存儲(chǔ)（PhaseChangeOpticalRecording）第57頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、簡(jiǎn)介

由于磁信號(hào)所記錄密度在很大程度上取決于磁頭縫隙的寬度、磁頭的飛行高度以及記錄介質(zhì)的厚度，因而為了進(jìn)一步提高磁存儲(chǔ)的密度和容量，就需要不斷減小磁頭的體積，同時(shí)還要減小磁記錄介質(zhì)的厚度。因此薄膜磁頭材料與薄膜磁存儲(chǔ)介質(zhì)是磁性材料當(dāng)前發(fā)展的主要方向之一。

在讀寫(xiě)磁頭與磁記錄介質(zhì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，或磁頭不斷地變化磁化狀態(tài)以改變磁記錄介質(zhì)的磁化方向，即寫(xiě)入數(shù)據(jù)，或由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)在磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，即讀出數(shù)據(jù)。顯然，對(duì)于磁記錄介質(zhì)和磁頭兩者的材料性能要求并不相同。對(duì)于磁頭材料，需要其具有典型的軟磁性，即飽和磁化強(qiáng)度高、矯頑力低、導(dǎo)磁率高、磁致伸縮系數(shù)低、允許使用頻率高。而對(duì)于磁記錄介質(zhì)，則要求其具有典型的硬磁性能，即飽和磁化強(qiáng)度高、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度高以及要有適當(dāng)?shù)某C頑力水平。

磁記錄的讀寫(xiě)方式可以有兩種，即平行記錄方式和垂直記錄方式，分別對(duì)應(yīng)下圖中的(a)和(b)。返回第58頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、復(fù)合磁頭和薄膜磁頭

對(duì)于以電磁感應(yīng)原理工作的讀寫(xiě)磁頭來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)的讀出和寫(xiě)入可以通過(guò)同一個(gè)磁頭完成，其結(jié)構(gòu)如圖(a)所示。這種磁頭使用的是高導(dǎo)磁率的燒結(jié)鐵氧體，其優(yōu)點(diǎn)是具有很好的軟磁性能和耐磨性，而且電阻率高，因而高頻特性好。但是其磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合金軟磁材料。為了進(jìn)一步提高磁頭的性能：1、采用電鍍或者濺射、蒸發(fā)等方法，在上述磁頭間隙處沉積上一層厚度為幾微米的軟磁性能較好的合金薄膜，制成鐵氧體-合金薄膜復(fù)合磁頭，如圖

(b)所示。2、完全采用薄膜技術(shù)，將磁性材料和磁場(chǎng)線圈都沉積在特定的襯底上，構(gòu)成所謂薄膜磁頭，如圖(c)所示。為了進(jìn)一步提高磁頭的靈敏度，可以繼續(xù)提高磁性薄膜材料的飽和磁化強(qiáng)度。

另一種重要的磁頭形式是依據(jù)磁致電阻效應(yīng)，即在外磁場(chǎng)變化的同時(shí)，利用材料的電阻率產(chǎn)生相應(yīng)的變化的現(xiàn)象制成的磁頭。這類磁頭不具備寫(xiě)入功能，因而屬于只讀型磁頭。返回第59頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、磁記錄介質(zhì)薄膜及其制造技術(shù)

在平行記錄方式的情況下，要求材料的磁化矢量均是沿著薄膜平面排列的，即要求薄膜具有平面內(nèi)的磁各向異性。為了滿足上述性能要求，在制備Fe-Co-Cr平行磁記錄薄膜介質(zhì)時(shí)，可以采用以一定角度傾斜蒸發(fā)沉積的方法獲得適當(dāng)?shù)谋∧ぶ鶢罹L(zhǎng)方向，或在薄膜平面內(nèi)施加一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)以使其產(chǎn)生的感生各向異性。

并不是每種材料都可以具有垂直磁各向異性。這是因?yàn)椋?dāng)磁化矢量的方向是垂直于薄膜平面時(shí)，磁化矢量本身將受到其自身造成的磁場(chǎng)的強(qiáng)烈作用，它力圖使磁化矢量轉(zhuǎn)到平面內(nèi)來(lái)。目前已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有垂直磁各向異性的薄膜材料有CoCr、CoCrX(X=Rh、Pd、Ta)合金薄膜等，其制備方法包括了各種的PVD技術(shù)。右圖是蒸發(fā)方法制造磁盤(pán)和磁帶過(guò)程的示意圖。返回第60頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、光存儲(chǔ)介質(zhì)概況1、只讀式光盤(pán)以CD為代表的只讀型光盤(pán)的工作原理很簡(jiǎn)單，它是靠探測(cè)激光在凹凸不平的介質(zhì)表面反射回來(lái)的光的強(qiáng)度的變化來(lái)讀出信息的。

制作只讀光盤(pán)的工藝路線如圖所示。將光刻好的正像盤(pán)作為襯底，在其上噴鍍上金屬就制成了負(fù)像盤(pán)，然后，以后者作為模具注入聚合物溶液并使之在紫外線照射下聚合固化，最后噴鍍上一層金屬反射層，就制成了錄有信息的光盤(pán)。2、一次寫(xiě)入式光盤(pán)這類光盤(pán)可以依用戶的需要一次寫(xiě)入所要記錄的信息，并可以反復(fù)讀取，但不能對(duì)信息進(jìn)行改寫(xiě)。寫(xiě)入信息的方式可以有各種方式，如圖所示，有燒蝕型、發(fā)泡型、熔融型、合金化型、相變型。返回3、可擦重寫(xiě)型光盤(pán)這種光盤(pán)上的信息可以被重新改寫(xiě)，但是改寫(xiě)的過(guò)程需要兩次操作才能完成，即先要將原來(lái)的信息擦除一次，然后再將新的信息用激光寫(xiě)入。4、直接重寫(xiě)型光盤(pán)這類光盤(pán)屬于不僅可以改寫(xiě)信息，而且可將信息的擦除和寫(xiě)入操作同時(shí)完成的光盤(pán)。第61頁(yè),共70頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、磁光存儲(chǔ)（Magneto-OpticalRecording,MO）磁光存儲(chǔ)技術(shù)所依賴的是磁性材料的兩個(gè)性質(zhì)，即：（1）當(dāng)溫度變化時(shí)，材料磁化狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)變化的熱磁效應(yīng)；（2）材料磁化狀態(tài)使得從其表面反射回去的偏振光的偏振方向發(fā)生變化的克爾

磁光效應(yīng)。

在磁光盤(pán)中，磁化矢量的方向均垂直于薄膜平面，或沿法線方向向上，或與其相反向下。如圖所示的寫(xiě)入過(guò)程中，激光束將磁性介質(zhì)局部加熱至鐵磁性消失的溫度。在溫度下降，鐵磁性重新出現(xiàn)的同時(shí)，寫(xiě)入磁頭施加一定的磁場(chǎng)，它使這一區(qū)域的磁化矢量按要記錄的信息而排列，從而完成寫(xiě)入過(guò)程。

在偏振光垂直入射的情況下，磁化方向不同的區(qū)域?qū)?huì)使反射光的偏振方向發(fā)生微小但卻完全不同的變化，這就是克爾磁光效應(yīng)。因而，在如圖所示的讀出過(guò)程中，反射回來(lái)的激光束的偏振方向?qū)⑴c要讀出的信息相對(duì)應(yīng)，即依靠探測(cè)激光偏振面的變化就可以實(shí)現(xiàn)信息的讀出。

對(duì)磁光存儲(chǔ)薄膜的要求除了對(duì)一般磁性存儲(chǔ)介質(zhì)的要求之外，還要求具有以下兩點(diǎn)：1、合適的磁轉(zhuǎn)變溫度，從而既保證信息改寫(xiě)所需要的激光功率不會(huì)過(guò)高，又要保證薄膜的磁化狀態(tài)具有足夠的穩(wěn)定性；2、較強(qiáng)的克爾磁光效應(yīng)，即材料磁化方