濺射深度剖析定量分析及其在薄膜材料中的應用.pdf

1、自1970年代以來，由于真空技術的突破，結合離子濺射和表面元素成分分析技術，諸如二次離子質譜（Secondary Ion Mass Spectroscopy，SIMS）、輝光放電發(fā)射光譜（Glow Discharge Optical Emission Spectrometry，GDOES）俄歇電子能譜（Auger Electron Spectroscopy，AES）和X-射線光電子能譜（X-ray Photoelectron Spect

2、roscopy，XPS），濺射深度剖析技術快速發(fā)展，已成為獲取薄膜材料中深度-成分濃度剖面的一種常規(guī)手段。由于濺射過程對材料本身的破壞性、不穩(wěn)定性以及探測成分濃度技術的局限，目前任何一種深度剖析技術所獲得的測量剖面都會偏離于原始真實的深度剖面，不可避免地導致剖面失真。迄今只有極少數的深度剖析實驗能夠達到若干個分子層量級的深度分辨率。為深度剖析技術進一步發(fā)展提供指導性的建議，以及更好地利用該技術對薄膜材料進行準確的定量分析與表征，深度剖析

3、定量分析應運而生。深度剖析定量分析的本質在于對測量深度剖面各種失真因素的定量表征。在此基礎上，實現對測量深度剖面的合理重建。深度剖析定量分析的發(fā)展是人們對深度剖析過程深入理解的要求，同時也伴隨著定量分析模型的建立、發(fā)展和成熟。
　　本學位論文一方面通過對濺射深度剖析中不同失真因素的研究，根據所采用深度剖析技術的特點和所研究材料特性的不同，致力于已廣泛應用于濺射深度剖析定量分析的Mixing-Roughness-Informatio

4、n（MRI）模型的進一步發(fā)展，力圖建立一個應用更為廣泛、更為完善的深度剖析定量分析模型；另一方面基于MRI模型的定量分析，對測量深度剖面的模擬或重建，將模型的應用開拓到更為廣闊的研究領域。
　　本學位論文從綜述深度剖析技術及其定量分析開始（第一章）。接著對深度剖析定量分析的MRI模型進行介紹和拓展：引入了粗糙度的非對稱性和近表層區(qū)域非穩(wěn)態(tài)的濺射速率（第二章）。然后闡述了建立MRI模型解析函數的理論突破，并比較了MRI模型數值計算和

5、解析計算的優(yōu)劣和互補性，指出了SIMS標準函數所存在的缺陷（第三章）?；诔墒斓腗RI模型理論，將依賴于多元素成分的濺射速率引入到模型考慮中，實現了對納米尺度的硫脲有機單分子各元素的GODES深度剖面的多剖面重建，所確定的深度分辨率高至0.5 nm（第四章）；將CRAter Simulation（CRAS）模型中的坑道效應（常見于GDOES的深度剖析）引入到MRI模型中，建立了MRI-CRAS模型，實現了對GDOES測量深度剖面的完整分

6、析（第五章）；利用MRI-CRAS模型定量分析了鎳涂層/銅襯底的GODES深度剖面的實驗數據，確定了涂層與襯底間的界面粗糙度（第六章）。為了實現利用深度剖析技術對薄膜內非靜水應力致擴散的深度剖面測量，利用Larche-Cahn-Chakraborty（LCC）模型模擬了不同雙軸非靜水應力下，薄膜內不同的應力致擴散深度剖面，并解釋了其中的特點和內在規(guī)律（第七章）。在此基礎上，利用MRI模型模擬深度剖析過程，闡述了通過深度剖析技術對應力致擴