可分離各向異性隨機(jī)表面光散射特性研究.pdf

1、隨機(jī)表面是自然界最重要的組成部分，對(duì)隨機(jī)表面的研究在許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域如：薄膜生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、天體沖擊引起的斷裂、微電子元件設(shè)計(jì)等方面有重要的意義，因此隨機(jī)表面的特性一直是備受關(guān)注的研究課題。隨機(jī)表面普遍存在局域非光滑的分形結(jié)構(gòu)，但此結(jié)構(gòu)是局限在表面高度分布的短程范圍之內(nèi)的，而在長(zhǎng)程范圍內(nèi)表面呈顆粒狀結(jié)構(gòu)，自仿射分形表面模型可以同時(shí)描述表面高度的自相似性和顆粒狀結(jié)構(gòu)，成為目前被廣泛接受和采用的表面模型。本方向的研究主要針對(duì)各向同性隨機(jī)表面，對(duì)

2、此類(lèi)表面進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)探討，取得了重要進(jìn)展，提出了隨機(jī)表面的多種標(biāo)定方法。對(duì)各向異性隨機(jī)表面也有所研究，提出了各向異性表面的生長(zhǎng)模型，對(duì)表面的自相關(guān)函數(shù)、高度一高度相關(guān)函數(shù)、功率譜、散射輪廓的半高全寬等作了理論推導(dǎo)。但對(duì)各向異性表面的研究只是初步的，理論還不夠完善，實(shí)驗(yàn)研究的相關(guān)報(bào)道也并不多見(jiàn)。 本文針對(duì)各向異性隨機(jī)表面的散射光強(qiáng)分布的特點(diǎn)，根據(jù)光波衍射的基爾霍夫理論，提出了一種新型的散射輪廓的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，并用門(mén)積分平

3、均的散射光強(qiáng)輪廓采集系統(tǒng)測(cè)量了Si(100)晶片這一典型的各向異性隨機(jī)表面的散射光場(chǎng)，對(duì)散射輪廓進(jìn)行了定性理論分析。此外，用原子力顯微鏡對(duì)Si(100)晶片進(jìn)行了表面參數(shù)測(cè)量，利用AFM測(cè)得的樣品表面高度數(shù)據(jù)對(duì)散射輪廓進(jìn)行了計(jì)算模擬，并與通過(guò)門(mén)積分的散射光強(qiáng)輪廓測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行了比較，從而證明了我們提出的散射輪廓測(cè)量方法的可行性。本文共分五章： 第一章提出了本文研究?jī)?nèi)容的意義，并對(duì)隨機(jī)表面的描述與測(cè)量標(biāo)定方法作了簡(jiǎn)單介紹。

4、 第二章給出了自仿射分形表面散射光強(qiáng)輪廓半寬度的表示式，對(duì)自仿射分形隨機(jī)表面及其光散射輪廓進(jìn)行了計(jì)算模擬，通過(guò)與數(shù)學(xué)上的對(duì)稱下降函數(shù)擬合，得到輪廓函數(shù)的半寬度及其隨入射光波矢量的變化關(guān)系。利用這些關(guān)系和改變?nèi)肷浣堑墓鈱W(xué)散射測(cè)量可以從實(shí)驗(yàn)測(cè)得的輪廓中提取隨機(jī)表面的橫向相關(guān)長(zhǎng)度ξ和粗糙指數(shù)α，并簡(jiǎn)單介紹了表面參量的提取方法。 第三章主要介紹了一種門(mén)積分平均的散射光強(qiáng)輪廓采集系統(tǒng)，對(duì)門(mén)積分器Boxcar的原理和光強(qiáng)散射輪廓采集

5、系統(tǒng)的工作過(guò)程進(jìn)行了較為詳細(xì)的討論，并對(duì)經(jīng)過(guò)門(mén)積分器采得光強(qiáng)和未經(jīng)過(guò)門(mén)積分器采得光強(qiáng)進(jìn)行了對(duì)比。 第四章主要內(nèi)容是：用原子力顯微鏡對(duì)Si(100)晶片樣品表面進(jìn)行了形貌測(cè)量，得到了表面的高度—高度相關(guān)函數(shù)和自相關(guān)函數(shù)進(jìn)而提取了表面參數(shù)，并發(fā)現(xiàn)了其高度分布的各向異性。通過(guò)推導(dǎo)和計(jì)算得出了散射方位曲線，并將此曲線應(yīng)用到樣品表面光散射輪廓的測(cè)量中，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了定性分析，發(fā)現(xiàn)了散射輪廓主極大和次級(jí)大隨入射角的變化關(guān)系。利用AFM測(cè)得