第5章薄膜表征.ppt

薄膜技术与薄膜材料 谭占鳌 可再生能源学院 第5章 薄膜材料的表征方法 第一节 薄膜厚度测量技术 1、薄膜厚度的光学测量方法 2、薄膜厚度的机械测量方法 1、薄膜厚度的光学测量方法 1）光的干涉条件 2）不透明薄膜厚度测量的等厚干涉条纹（FET）和等色干涉条纹（FECO）法 4）薄膜测量的椭偏仪（Ellipsometer）法 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。 椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 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。 3） 石英晶体振荡器法 第二节 薄膜结构的表征方法 一、简 介 二、扫描电子显微镜（SEM） 三、透射电子显微镜（TEM） 四、X射线衍射方法 五、低能电子衍射（LEED）和反射式高能电子衍射（RHEED） 六、扫描隧道显微镜（STM） 七、原子力显微镜（AFM） 一、简 介 第三节 薄膜成分的表征方法 一、原子内的电子激发及相应的能量过程 二、X射线能量色散谱（EDX） 三、俄歇电子能谱（AES） 四、X射线光电子能谱（XPS） 五、卢瑟福背散射技术（RBS） 六、二次离子质谱（SIMS） 二、X射线能量色散谱（EDX） X射线能量色谱仪又被简称为能谱仪。 三、俄歇电子能谱（AES） 六、二次离子质谱（SIMS） 第四节 薄膜附着力的测量方法 刮剥法：将硬度较高的划针垂直置于薄膜表面，施加载荷对薄膜进行划伤试验的方法来评价薄膜的附着力。 拉伸法：利用黏结或焊接的方法将薄膜结合于拉伸棒的端面上，测量将薄膜从衬底上拉伸下来所需要的载荷的大小。 胶带剥离法：将具有一定粘着力的胶带粘到薄膜表面，在剥离胶带的同时，观察薄膜从衬底上被剥离的难易程度。 摩擦法：用布、皮革或橡胶等材料摩擦薄膜表面，以薄膜脱离时所需要的摩擦次数和力的大小推断薄膜附着力的强弱。 超声波法：用超声波的方法造成周围介质发生强力的振动，从而在近距离对薄膜产生破坏效应，根据薄膜发生剥离时的超声波的能量水平推断薄膜的附着力。 离心力法：使薄膜与衬底一起进行高速旋转，在离心力的作用下，使薄膜从衬底上脱开，用旋转的离心力来表征薄膜的附着力。 脉冲激光加热疲劳法：利用薄膜与衬底在脉冲激光作用下周期性热胀冷缩，使薄膜与衬底不断地弯曲变形，从而引起界面疲劳和造成薄膜脱离时单位面积上所吸收的激光能量来表征薄膜的附着力。 Figure 7. Determination the side surfaces of a nanowire. (a) Low magnification TEM image of a R-Fe2O3 nanowire. (b) Three possible incident electron beam directions for imaging the nanowire, and (c-e) are the corresponding diffraction pattern along the three zone axes. Figure 12. Orientation relationship between catalyst particle and the grown nanowire. (a) TEM image of Au catalyzed ZnO nanowire, (b) the SAED pattern including both Au catalyst and ZnO nanowire. 四、X射线衍射方法 特定波长的X射线束与晶体学平面发生相互作用时会发生X射线的衍射，衍射现象发生的条件即是布拉格公式 解决薄膜衍射强度偏低问题的途径可以有以下三条： （1）采用高强度的X射线源。 （2）延长测量时间。 （3）采用掠角衍射技术。 不同温度烧结的BST陶瓷的XRD图谱 (