【正文】 logy 28 5 薄膜 表征 薄膜成分 盧瑟福背散射 (RBS, Rutherford Back Scattering) 4 一、概念和原理： 盧瑟福背散射 ： 具有較高能量的輕質(zhì)離子在與其它物質(zhì)原子 碰撞時，會發(fā)生散射角很大的背散射現(xiàn)象， 稱為 ~。 測量原理： ? 高能輕質(zhì)離子具有一定的物質(zhì)穿透能力，不會造成濺射； ? 高能離子接近樣品材料原子核時：發(fā)生經(jīng)典彈性碰撞！ ? 入射離子 原子核間的庫侖斥力改變?nèi)肷潆x子的動能 /動量 ? 使之發(fā)生背散射！ ? 背散射離子的能量 E 滿足： 式中： E0 — 入射離子能量； K — 運動學(xué)參數(shù)； M0 — 入射離子質(zhì)量； M — 樣品材料原子質(zhì)量； ? — 散射角。 ? M0、 E0、 ? 已知 時，即可由 E 求得樣品原子質(zhì)量 M，確定表面原子成分。 二、特點： 分析速度快，能給出表面下不同種類原子的深度分析，并能進(jìn)行定量分析。 深度分辨率為 10~20 nm； 重元素分析靈敏度很高， 輕元素探測受限； 背散射粒子僅僅是能量不同，因此，質(zhì)量相近的兩種元素就可能無法分辨。 RBS測量系統(tǒng)示意圖 1 — 背散射角 ?； 2 — 散射束； 3 — 散射粒子探測器； 4 — MeV He+ 入射束； 5 — 樣品； 6 — 加速器 RBS的物理過程示意圖 ? ?? ? 20)(5 cossin0202022020 EMMMMMKEE????? ??Thin Film Materials Technologies 薄膜材料與技術(shù) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2023169。 西安理工大學(xué) Xi39。an University of Technology 29 5 薄膜 表征 薄膜成分 二次離子質(zhì)譜 (SIMS, Secondary Ion Mass Spectroscopy) 4 一、測量原理： 質(zhì)譜 ： 利用電離后原子、分子或原子基團(tuán)質(zhì)量不同的特點 分辨材料化學(xué)構(gòu)成情況的方法。 ? 可以直接分析已處于氣態(tài)的原子 /分子。 分析基礎(chǔ)： ? 一定能量的離子 (215 keV)打到固體表面會引起表面原子、分子或原子團(tuán)的二次發(fā)射，其中有一部分帶有 正、負(fù)電荷，這就是二次離子； ? 利用質(zhì)量分析器接收分析二次離子就得到二次離子質(zhì)譜。 二、實現(xiàn)過程： 離子轟擊樣品 ? 濺射 ? 二次離子 ? 電磁過濾 ? 接收分析！ 入射離子種類和二次離子極性對濺射產(chǎn)額影響很大：探測正離子時：宜采用 O2 離子轟擊； 探測負(fù)離子時：宜采用 Cs+ 離子轟擊。 濺射二次離子先通過一個靜電式離子能量分析器，再進(jìn)入質(zhì)量分析系統(tǒng)。 質(zhì)量分析原理：一定磁場 B 中，質(zhì)量為 M 的離子回轉(zhuǎn)半徑 r = Mv/qB (q — 離子電量； v — 離子速度 ) ?在特定半徑處放臵過濾窗口，即可獲得具有特定質(zhì)量數(shù)的二次離子流！ 三、特點： 具有極高的檢出極限：元素相對含量分析精度高達(dá) ppm水平！ 二次濺射離子逸出深度極小 (~1 nm)：非常適合作表面成分分析！ 譜分析很復(fù)雜：譜線含各種質(zhì)量數(shù)，相近質(zhì)量數(shù)可能來自不同的原子團(tuán) ? 易混淆！ SIMS測量系統(tǒng)示意圖 Thin Film Materials Technologies 薄膜材料與技術(shù) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2023169。 西安理工大學(xué) Xi39。an University of Technology 30 5 薄膜 表征 薄膜的附著力 4 一、概述： 具有良好的附著力是薄膜最基本的性能要求之一； 目前薄膜附著力的測量方法多樣，但基本都是在對薄膜加載的前提下，測量其脫落的臨界載荷； 這些表征結(jié)果只是定性 /半定量結(jié)果 ? 有待進(jìn)一步完善 ！ 二、壓痕法： 測量原理： ? 采用具有一定形狀的硬 質(zhì)壓頭，在載荷作用下 將壓頭垂直壓入薄膜。 ? 卸去載荷后，觀察和測 量薄膜表面壓陷區(qū)的形 貌和大小，與標(biāo)準(zhǔn)特征 定級圖進(jìn)行對比，定性 劃分膜基結(jié)合力的好壞 程度。 特點： ? 簡便易實現(xiàn)，設(shè)備要求低； ? 只是定性結(jié)果； ? 對于延性很好的薄膜可能 沒有分辨能力。 Thin Film Materials Technologies 薄膜材料與技術(shù) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2023169。 西安理工大學(xué) Xi39。an University of Technology 31 5 薄膜 表征 薄膜的附著力 4 三、刮劃法 (如右圖 1所示 )： ? 將高硬度劃針垂直臵于薄膜表面，施加載荷對薄膜進(jìn)行劃傷試驗， 當(dāng)劃針前沿剪切力超過薄膜附著力時，薄膜將發(fā)生破壞和剝落； ? 設(shè)法用光學(xué)觀察或聲發(fā)射方法測得薄膜剝落瞬間的臨界載荷， 即可換算出薄膜的附著力。 四、拉伸法： 采用膠結(jié)或焊接方法將薄膜與拉伸棒的端面結(jié)合在一 起，測量將薄膜從基片上拉伸下來的載荷大小，薄膜 的結(jié)合強(qiáng)度就等于該臨界載荷與被拉伸薄膜面積之比。 特點： 薄膜結(jié)合力不能高于膠結(jié)劑強(qiáng)度； 加載方式靈活多樣 (如右圖 2)！ 五、其它方法： 課后作業(yè)： 列表比較常用薄膜成分表征方法的入射束、出射束、可探測元素范圍、探測極限、空間分辯率和深度分辨率 等特性，并說明哪些方法可用來分析原子的化合態(tài)？ 薄膜附著力目前是否有完善的定量表征方法？圖示說明其主要表征方法的實現(xiàn)原理。 1 2 ???????????????????薄膜附著力量薄膜面積上累積照射能熱疲勞界面脫落時單位脈沖激光加熱疲勞法：薄膜結(jié)合力薄膜脫開時的離心力一起高速旋轉(zhuǎn)離心力法：薄膜與基片薄膜結(jié)合力量大小薄膜剝落時超聲波的能引發(fā)薄膜共振超聲波法：超聲波薄膜結(jié)合力、力薄膜脫落時的摩擦次數(shù)膠反復(fù)摩擦磨擦法：布、皮革、橡膜剝落的難易程度剝離膠帶時觀察判斷薄薄膜表面膠帶膠帶剝離法 :Thin Film Materials Technologies 薄膜材料與技術(shù) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2023169。 西安理工大學(xué) Xi39。an University of Technology 32 ? 靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。 , April 1, 2023 ? 雨中黃葉樹，燈下白頭人。 14:11:2514:11:2514:114/1/2023 2:11:25 PM ? 1以我獨沈久，愧君相見頻。 :11:2514:11Apr231Apr23 ? 1故人江海別，幾度隔山川。 14:11:2514:11:2514:11Saturday, April 1, 2023 ? 1乍見翻疑夢，相悲各問年。 :11:2514:11:25April 1, 2023 ? 1他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。 2023年 4月 1日星期六 下午 2時 11分 25秒 14:11: ? 1比不了得就不比，得不到的就不要。 。 2023年 4月 下午 2時 11分 :11April 1, 2023 ? 1行動出成果，工作出財富。 2023年 4月 1日星期六 2時 11分 25秒 14:11:251 April 2023 ? 1做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。 下午 2時 11分 25秒 下午 2時 11分 14:11: ? 沒有失敗，只有暫時停止成功！。 , April 1, 2023 ? 很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。 14:11:2514:11:2514:114/1/2023 2:11:25 PM ? 1成功就是日復(fù)一日那一點點小小努力的積累。 :11:2514:11Apr231Apr23 ? 1世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。 14:11:2514:11:2514:11Saturday, April 1, 2023 ? 1不知香積寺，數(shù)里入云峰。 :11:2514:11:25April 1, 2023 ? 1意志堅強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。 2023年 4月 1日星期六 下午 2時 11分 25秒 14:11: ? 1楚塞三湘接，荊門九派通。 。 2023年 4月 下午 2時 11分 :11April 1, 2023 ? 1少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。 2023年 4月 1日星期六 2時 11分 25秒 14:11:251 April 2023 ? 1空山新雨后，天氣晚來秋。 下午 2時 11分 25秒 下午 2時 11分 14:11: ? 楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。 , April 1, 2023 ? 閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。 14:11:2514:11:2514:114/1/2023 2:11:25 PM ? 1越是沒有本領(lǐng)的就越加自命不凡。 :11:2514:11Apr231Apr23 ? 1越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。 14:11:2514:11:2514:11Saturday, April 1, 2023 ? 1知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強(qiáng)。 :11:2514:11:25April 1, 2023 ? 1意志堅強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。 2023年 4月 1日星期六 下午 2時 11分 25秒 14:11: ? 1最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過于提升自我。 2023年 4月 下午 2時 11分 :11April 1, 2023 ? 1業(yè)余生活要有意義，不要越軌。 2023年 4月 1日星期六 2時 11分 25秒 14:11:251 April 2023 ? 1一個人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。 下午 2時 11分 25秒 下午 2時 11分 14:11: MOMODA POWERPOINT Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Fusce id urna blandit, eleifend nulla ac, fringilla purus. Nulla iaculis tempor felis ut cursus. 感謝您的下載觀看 專家告訴