2_X光反射.ppt

第一篇 光分析技术 1、X－光分析 2、喇曼与红外光谱 3、光吸收谱 4、XPS、UPS等 X-光分析技术 X－光反射分析技术 薄膜材料：厚度20－1000埃，大小10微米以上 体材料如Si等：表面的整体平整度等 参考书目 X－光反射分析技术 X－光反射分析技术 X－光反射分析技术测量原理 X－光反射分析技术测量原理 X－光反射分析技术测量原理 X－光反射分析技术测量原理 层状结构对X－光的反射 层状结构对X－光的反射 层状结构对X－光的反射 层状结构对X－光的反射 单层膜对X－光的反射 单层膜对X－光的反射 从反射振荡峰估算薄膜厚度 膜厚对单层膜的反射率的影响 电子密度（折射率）对反射率的影响 小电子密度薄膜的反射率 大电子密度薄膜的反射率 膜的表面粗糙度对反射率的影响 基片的粗糙度对反射率的影响 粗糙度对反射率的综合影响 计算（模拟）反射率的步骤 X－光反射率的应用 * 相、织构、应力、薄膜等分析。 一种无损检测手段。主要用于获取薄膜材料（单层膜、多层膜、调制膜）等的厚度、密度、表面平整度、界面粗糙度等信息。 局限性：薄膜材料不能太厚，太粗糙。 原理是什么？ 如何利用得到需要的信息？ X-ray scattering from soft-matter thin films, Metin Tolan, Springer, 1999. X-ray and neutron reflectivity: Principles and Applications, Jean Daillant and Alain Gibaud， Springer，1999。 /optical_constants/ （从这儿可以得到很多的信息，包括数据库、原理、反射率的模拟等等。还可以找到其他的一些关于X光应用的链接）。 沉积在Si（001）基片上、密度约为1.2g/cm3、厚度约为295埃、表面粗糙度约为5埃的碳薄膜的X射线反射谱。 发生全反射的角度很小。 强度随着角度的增大而迅速减弱。 出现了振荡峰。 硅片上沉积的碳薄膜材料的多层膜结构。 发生全反射的角度很小。 强度随着角度的增大而迅速减弱。 出现了振荡峰。 X－光反射与X－光的折射率有关：close to smaller than unity. 光在真空－介质界面处的反射和折射示意图。 ?i ?t ?f n=1 Ki Kf Kt A B C Thus total reflection happens, when ?t=0. The law of refraction gives: For S－polarised X-rays: For P－polarised X-rays: Since n is close to unity, the difference between the two is neglected. Therefore, we consider only s-polarised. 对于Si ?＝7.6?10-6; ?=1.75 ? 10-7 ?c=0.223o 反射曲线分成三段: (1) 全反射平台；（2）全反射临界角处的大幅度下降；（3）入射角较大时，遵循?-4规律（?3?C）。 T2 R2 R3 T3 Tj-1 Rj Tj Rj-1 Tj Rj Rj+1 TJ+1 TN-1 RN TN RN-1 TN RN TN+1 z x d2 dj dN n2 nj nN nN+1 T1=1 R1 R2 T2 ?i ?f Z1= 0 Z2 Zj-1 Zj ZN-1 ZN vacuum 1 layer 2 layer j layer N layer N+1 See, for example, L.G. Parrat, Phys. Rev. 95, 359 (1954). The figure on last page shows schematically a multilayer stack consisting of N interfaces at positions Z=0. The vacuum counts as “layer 1” with the first interface at Z=0. The last interface is located at ZN with the underlying semi-infinite substrate. The refractive index of each layer, with a thickness of dj=Zj-1-Zj,is denoted by nj=1-?j+i?j.