膜厚分布与监控技术开题报告.ppt

实验原理： 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，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。 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。 * 随着蒸发过程，n逐渐增大 * * * * * 当机械振动而产生的交变电场频率与交变电压频率达到共振时，振幅最大 膜层厚度的均匀性和实时测量 2、膜厚的理论分布和计算 1、实际源的蒸汽发射特性 3、膜层厚度的测量 膜层厚度的均匀性: 膜厚随基板表面位置变化而变化的情况 MgF2减反膜，膜厚λ /4 (λ =520 nm) 4 nm, 不同颜色 渐变滤色片 膜厚均匀现 的重要性 源的种类 源的形状 源/基板之间的相对位置 基板的旋转 膜厚分布 MBE 分子束流分布和基底温度 CVD 源气体流分布和基底温度分布 温度决定化学反应的速度 溅射 等离子体分布 “流水生产线” 重点讨论热蒸发情况：点源和面源 1) 忽略蒸发原子与剩余气体和蒸发原子之间的碰撞。 在真空中气体分子的平均自由程为：L = 0.65 / p (cm)，其中p的单位是Pa。当p = 1.3×10-3Pa时，L≈500 cm。L基片到蒸发源的距离，分子作直线运动。 蒸发过程的假设： 2) 蒸发源的发射特性不随时间而变化。 3) 入射到基片上的原子全部凝结成薄膜。 凝结系数 阴影效应：由于蒸发产生的气体分子直线运动，使薄膜局部区域无法镀膜或膜厚各处不一的现象 热蒸发镀膜的阴影效应 蒸发总质量(时间t内)： 其中部分蒸发质量 落在dAs 基片上，由于dAs在球表面的投影面积为dAc, dAc=dAscosθ, 所以有比例关系 一. 点蒸发源 薄膜厚度： 在中心点的膜厚： 点蒸发源单位时间膜厚增加分布： h l 二．面蒸发源 其蒸气发射特性具有方向性，发射限为半球。蒸 发源的发射按所研究的方向与表面法线间夹角呈 余弦分布，即遵守克努曾定律 当 θ=φ时 根据面蒸发源示意图有： 所以 三. 点源和面源的比较： 面源： 点源： 1) 两种源的相对膜厚分布的均匀性都不理想； 2) 点源的膜厚分布稍均匀些； 3) 在相同条件下， 面源的中心膜厚为点源的4倍。 下图表示与蒸发源平行放置于正上方的平面基片 基板很小, 并放在夹具的中央. 实际源的蒸汽发射特性 实际源的蒸汽发射特性偏离点源或面源的情况 点源，细长面源 溶化不粘，点源 升华或其它，复杂 电子枪 n: 2~3, 6 提高膜厚均匀性的措施： 采用若干分离的小面积蒸发源，最佳的数量, 合理的布局和蒸发速率； 改变基片放置方式以提高厚度均匀 ： a) 球面放置基片； 点源: 点源位于球面夹具的球心, 可在球的内表面镀得厚度均应的膜层. 面源: 面源位于球面夹具的球面. 唯一的蒸发源位置才能获得良好的均应性 能对两个以上蒸发源同时获得良好的均应性. b) 基片平面旋转 旋转方式: (a) 基片在圆顶上，绕轴旋转; (b) 基片在鼓面上，源位于中轴线，鼓面绕中轴线旋转； (c)行星式旋转 . c) 行星旋转基片架 薄膜厚度的测量 非原位测量 原子力显微镜（AFM） AFM的工作原理如图，将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触。由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力（10-8~10-6N），通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。 一束激光从悬臂梁上反射到感知器，这样就能实时给出高度的偏移值。样品表面就能记录下来，最终构建出三维的表面图 1、测量原理：直径很小的触针 (探针) 在一定载荷作用下滑 过被测薄膜表面，同时记录下触针在垂直方 向的位移大小并描绘样品表面轮廓，在薄膜 边缘处轮廓的突变即薄膜的厚度（实际上是 表面轮廓测量）。