【正文】 能量寬度 ? ?stdxdEdxdEktE o u tin ?????????????? ?c o s1? t?式中 為散射角。在這一近似中，從厚度為 的膜中的能量寬度為： t? indxdE / outdxdE /100??t? ???????????????00 co s10 kEE dxdEdxdEktStE?E?背散射光譜確定薄膜組分 圖中給出 As注入到 Si中的 散射譜圖。 二次離子質(zhì)譜儀 二次離子進(jìn)入能量過(guò)濾器， 然后在質(zhì)譜儀中被收集和 分析，這便是二次粒子質(zhì) 譜儀。 檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于來(lái)自于蝕刻 坑中心部位的離子設(shè)計(jì)了 電致入門(mén)。只要能測(cè)量出從 樣品中逃逸出來(lái)且沒(méi)有能量損失的電子 能量，則可提供樣品中所含元素的標(biāo)識(shí)。 X射線(xiàn)光電子能譜 特征 X射線(xiàn)源最便捷的產(chǎn)生方法 是用電子轟擊 Mg或 Al靶。 光電子能譜 光譜顯示出在允許的能 量范圍內(nèi)，具有典型的 尖峰特征和延伸的能量 尾。外層電子向內(nèi)層躍遷過(guò)程中所釋放的能量，可能以 X光的形式放出，即產(chǎn)生特征 X射線(xiàn)，也可能又使核外另一電子激發(fā)成為自由電子，這種自由電子就是俄歇電子。 如果電子束將某原子 K層電子激發(fā)為自由電子， L層電子躍遷到 K層，釋放的能量又將 L層的另一個(gè)電子激發(fā)為俄歇電子，這個(gè)俄歇電子就稱(chēng)為 KLL俄歇電子。 EY(Z+Δ)： Y電子電離所需的能量。因此，只要測(cè)定出俄歇電子的能量，對(duì)照現(xiàn)有的俄歇電子能量圖表，即可確定樣品表面的成份。是一種很有用的分析方法。 俄歇躍遷 圖中， Si的 KL1L2 和 L2,3V1V2俄歇 躍遷用 V1 和 V2 表示位于價(jià)帶態(tài) 密度極大位置。 俄歇電子能譜 圖中給出在 Si表面吸收 氧信號(hào)。 俄歇剖面圖 俄歇電子譜的一個(gè) 優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)質(zhì)量較小 雜質(zhì)的敏感性，如碳 或氧，它們通常是表 面或界面的污染物， 這些界面雜質(zhì)的存在 通過(guò)阻止相應(yīng)原子 擴(kuò)散而在薄膜中起到 破壞作用，在熱處理 后薄膜結(jié)構(gòu)的平面性 變差，經(jīng)常與這些污 染物有關(guān)。 電子顯微探針 :定量分析 圖中顯示了 NiLa和 SiKa 線(xiàn)、產(chǎn)額比和 Si/Ni原子 比關(guān)系，電子束的能 量足夠低，以使電子的 穿入只局限于硅化物 表層，在 Si基片中產(chǎn)生 的 X射線(xiàn)最少。 低能電子衍射 低能電子衍射 考慮圖中所示的幾何構(gòu)型以及對(duì)應(yīng)于零級(jí)衍射和一級(jí)衍射信號(hào)，在衍射點(diǎn)的角度差為： ? ?a/s in 1 ?? ???如果 λ /a=1/3,則 ???現(xiàn)在假設(shè) a～ 2a,則沿 原子列方向的原子密 度減半。在圖中的字母 P代表單胞為元胞，對(duì)于P(2*2)LEED衍射圖具有額外的、半級(jí)斑點(diǎn)，圖中字母 C代表單胞在中心處有一額外散射點(diǎn)，它在衍射圖中引起（ 1/2,1/2)斑點(diǎn)。 透射電子顯微鏡 由于透射電子顯微鏡是容易損壞樣品的，因此，在連續(xù)底測(cè)試當(dāng)中，電子顯微鏡技術(shù)總是作為最后一步。在高能區(qū)有 NiM23和 SiL23芯能級(jí)激發(fā)峰，其強(qiáng)度分別被放大 100倍和 350倍。因尖銳峰出 現(xiàn)在光電譜中，光電子的動(dòng) 能能較好定義。 現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出紫外激光源等產(chǎn)生不同 頻率光的激光源。 傅立葉變換紅外吸收光譜 (FTIR) 拉曼光譜 (RAMAN) 圖中主要元件為激光源、光路系統(tǒng)、 分光系統(tǒng)、檢測(cè)記錄系統(tǒng)。 X射線(xiàn)吸收 X射線(xiàn)光電子譜和 X射線(xiàn)吸收 譜都依賴(lài)于光電效應(yīng)，它們 各自的實(shí)驗(yàn)裝置示于圖的上 部。 原子化學(xué)鍵合表征 原子化學(xué)鍵合表征手段 電子能量損失譜 (EELS) 擴(kuò)展 X射線(xiàn)吸收 紅外吸收譜 拉曼散射譜 電子能量損失譜的基本原理 入射線(xiàn)（不管 是光子還是電子） 具有足夠的能量以 進(jìn)入固體深處，經(jīng) 歷非彈性碰撞，并 從而激發(fā)處到表面 損失能量 的電子 ，將以較低的能量 離開(kāi)固體薄膜，并 貢獻(xiàn)了背底信號(hào)或 在主信號(hào)峰以下 延伸幾百電子伏特 的帶尾。其點(diǎn)陣常數(shù)a=c=從 (110)變化到(203). 透射電子顯微鏡中的電子衍射 電子衍射圖如圖中所示。 盡管根據(jù) LEED衍射圖標(biāo)定原子位置不是唯一的，但從真實(shí)空間原子的組態(tài)可以預(yù)言LEED衍射圖案的對(duì)稱(chēng)性。當(dāng) 相干干涉發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生新的波前。電子 顯微探針的最基本特征是樣品的某一區(qū)域 用精細(xì)聚焦電子束產(chǎn)生局域激發(fā)。 定量分析 圖中給出了 Cu基片在 沉積 Pd前后的 俄歇譜。從樣品中發(fā) 射出來(lái)的電子從束孔 進(jìn)入，直接從 CMA出 孔出來(lái)，最終到達(dá)電 子倍增器中。如果終態(tài)空位中的 一個(gè)與原空位處于同一殼層， 就會(huì)出現(xiàn) CosterKronig非輻射 躍遷。同時(shí) ,還可以利用俄歇電子的強(qiáng)度和樣品中原子濃度的線(xiàn)性關(guān)系 ,進(jìn)行元素的半定量分析 ,俄歇電子能譜法是一種靈敏度很高的表面分析方法。其中 Δ=1/21/3。 對(duì)于原子序數(shù)為 Z的原子 ,俄歇電子的能量可以用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： EWXY(Z)=EW(Z)EX(Z)EY(Z+Δ)Φ () 式中， EWXY(Z)：原子序數(shù)為 Z的原子， W空穴被 X電子填充得到的俄歇電子 Y的能量。原子序數(shù)大的元素，特征 X射線(xiàn)的發(fā)射幾率較大，原子序數(shù)小的元素，俄歇電子發(fā)射幾率較大，當(dāng)原子序數(shù)為 33時(shí)，兩種發(fā)射幾率大致相等。較高的能量 尾則對(duì)應(yīng)著電子經(jīng)受了 非彈性散射，在電子出 來(lái)的路徑上有能量損失， 因此以較低動(dòng)能出現(xiàn)。 由電子對(duì) Mg和 Al轟擊產(chǎn)生的 X 射線(xiàn)的一半是 KaX射線(xiàn)，連續(xù)譜 的貢獻(xiàn)幾乎觀察不到，這是因?yàn)? 韌致光譜分布在幾千電子伏特 而 KaX射線(xiàn)峰位中心只位于半高 寬為 1eV處，除了 Ka線(xiàn)外（如圖 （ a）所示），還存在低強(qiáng)度 的高能特征譜線(xiàn)，這些譜線(xiàn)對(duì)應(yīng) 于 Al靶中的電子激發(fā)。對(duì)于所有電子光譜，其共同 點(diǎn)為電子的逃逸深度為 1～ 2nm，因此樣 品制備應(yīng)格外小心。 二次離子質(zhì)譜儀 X射線(xiàn)光電子能譜 光電子的動(dòng)能與靶原子中的電子結(jié)合能 相關(guān)。在一種操 作模式中，濺射離子束穿 過(guò)樣品并在樣品表面留下 蝕刻坑。幾乎所有的入射 He束在停止前皆穿入 樣品數(shù)個(gè)微米量級(jí)深度。 對(duì)于薄膜， ，沿軌跡的能量相對(duì)變化很小。探測(cè)器使用半導(dǎo) 體核粒子探測(cè)器，它的 輸出電壓脈沖正比于從 樣品散射到監(jiān)測(cè)器中的 粒子能量。 ??? ??對(duì)于表面和界面反射的光程差為 2/39。 光學(xué)膜厚度確定 干涉儀測(cè)量膜厚方法可以使用 Fizeau盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)， Fizeau盤(pán)能夠發(fā)生多種反射導(dǎo)致 一尖銳的干涉現(xiàn)象，干涉強(qiáng)度為： ? ? ? ??????????????????? 2/s i n1111 2220 ?? FRTIIR上式給出總反射強(qiáng)度與膜表面和 Fizeau盤(pán)間距離的相干性。由凝聚物質(zhì)量 給出的力可由穿過(guò)線(xiàn)圈的適當(dāng) 電流來(lái)補(bǔ)償，它可以直接由沉 積物的質(zhì)量來(lái)校準(zhǔn)。 島的合并的實(shí)驗(yàn)觀測(cè) 沉積參數(shù)的影響（ I） 沉積參數(shù)的影響 （ II） 薄膜的生長(zhǎng)模式 薄膜的生長(zhǎng)模式 .當(dāng)吸附原子間的作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吸附原子與基片表面原子的相互作用時(shí) ,三維島狀晶核就會(huì)形成 .多晶膜的生長(zhǎng)就是這種模式 . .當(dāng)吸附原子間的作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸附原子與基片表面原子的相互作用時(shí) ,二維層狀晶核就會(huì)形成 ,實(shí)際上就是單原子層生長(zhǎng) .單晶膜或外延生長(zhǎng)就是這種模式 . .在這種生長(zhǎng)模式中 ,首先是層狀生長(zhǎng) ,然后是島狀生長(zhǎng) .通常吸附原子間的作用只是略小于吸附原子與基片表面原子的相互作用 .但是 ,當(dāng)初期的層狀生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)后 ,后續(xù)的層狀生長(zhǎng)就變的困難了 ,這樣 ,三維的島狀生長(zhǎng)就開(kāi)始了 . 薄膜表征 ? 薄膜厚度控制及測(cè)量 ? 組分表征 ? 薄膜的結(jié)構(gòu)表征 ? 原子化學(xué)鍵合表征 ? 薄膜應(yīng)力表征 薄膜厚度控制及測(cè)量 沉積率和厚度監(jiān)測(cè)儀 氣相密度測(cè)量 平衡方法 振動(dòng)石英方法 光學(xué)監(jiān)測(cè) 膜厚度測(cè)量 光學(xué)膜厚度確定 X射線(xiàn)干涉儀 探針?lè)? 氣相密度測(cè)量方法 如果蒸發(fā)原子密度的瞬時(shí)值 在沉積過(guò)程中可測(cè)量，則可 確定撞擊到基片上的原子速 率，由于這一方法沒(méi)有累計(jì) 性，因此必須通過(guò)積分運(yùn)算 得到每單位面積上的膜質(zhì)量 或膜厚。這個(gè)過(guò)程開(kāi)始時(shí)會(huì)很迅速，一旦形成網(wǎng)絡(luò)便很快慢下來(lái)。如果假設(shè)振動(dòng)配分函數(shù)為 1，取 E0為將 n個(gè)吸附原子團(tuán)分解成 n個(gè)吸附在表面的單原子所需能量，則 n*個(gè)原子形成臨界核速率的一般表達(dá)式為： I=Ra0N0(R/νN0) n*exp{[(n*+1)QdesQd+En*]/kT} 兩種成核理論對(duì)比 經(jīng)典成核熱力學(xué)理論 :原子團(tuán)的表面自由能連續(xù)變化 ,所以原子團(tuán)的尺度也是連續(xù)變化的 ,適用于大原子團(tuán)成核 . 統(tǒng)計(jì)或原子成核理論 :原子團(tuán)的結(jié)合能以化學(xué)鍵為單位 ,所以是不連續(xù)的 ,因此原子團(tuán)的尺度變化也是不連續(xù)的 ,適用于小原子團(tuán)成核 . 兩者的基礎(chǔ)都是經(jīng)典熱力學(xué)理論 . 生長(zhǎng)過(guò)程的一般描述 ，然后隨著這些核對(duì)吸附原子的捕獲而達(dá)到飽和密度，隨后就變成了宏觀的（ TEM可以觀測(cè)的）島。 Qd:表面擴(kuò)散激活能 。 k:玻爾茲曼常數(shù) 。 集 。 。 分子束外延的特點(diǎn)是： ，因此雜質(zhì)氣體不易進(jìn)入薄膜，薄 膜的純度高； ； ； ，從而可以嚴(yán)格控制薄膜的生 長(zhǎng)及結(jié)構(gòu)。 共離子轟擊沉積 (I) 共離子轟擊沉積 (II) 共離子轟擊沉積 (III) 離子束沉積 (I) 離子束沉積實(shí)例 離子束沉積 (II) 外延生長(zhǎng) 外延是指生長(zhǎng)層與基片在結(jié)構(gòu)上有著嚴(yán)格的晶體學(xué)關(guān)系 ,外延生長(zhǎng)就是在基片上取向或單晶生長(zhǎng)確定的薄膜材料 . 同質(zhì)外延 :在相同的基片上外延 . 異質(zhì)外延 :在不同的基片上外延 . 主要的外延生長(zhǎng)技術(shù) :分子束外延 (MBE)。 陰極電弧等離子體沉積 (I) 陰極電弧等離子體沉積 (II) 陰極電弧等離子體沉積 (III) 熱空陰極槍蒸發(fā) 熱空陰極槍蒸發(fā)是產(chǎn)生電弧的設(shè)備，通過(guò)收集電子形成電子束而作為加熱源。 反應(yīng)濺射的回線(xiàn)圖 反應(yīng)濺射制備薄膜實(shí)例 反應(yīng)濺射 (I) 反應(yīng)濺射 (II) 反應(yīng)濺射 (III) 離子 (束 )輔助沉積 離子 (束 )輔助沉積 :離子 (束 )參與蒸發(fā)或?yàn)R射粒子的輸運(yùn)和沉積過(guò)程的物理氣相沉積 . 離子