濺射深度剖析定量分析及其在薄膜材料中的應(yīng)用.pdf

1、自1970年代以來，由于真空技術(shù)的突破，結(jié)合離子濺射和表面元素成分分析技術(shù)，諸如二次離子質(zhì)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(shù)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(shù)的局限，目前任何一種深度剖析技術(shù)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(dǎo)致剖面失真。迄今只有極少數(shù)的深度剖析實驗?zāi)軌蜻_(dá)到若干個分子層量級的深度分辨率。為深度剖析技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展提供指導(dǎo)性的建議，以及更好地利用該技術(shù)對薄膜材料進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析與表征，深度剖析

3、定量分析應(yīng)運而生。深度剖析定量分析的本質(zhì)在于對測量深度剖面各種失真因素的定量表征。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)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(xué)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(jù)所采用深度剖析技術(shù)的特點和所研究材料特性的不同，致力于已廣泛應(yīng)用于濺射深度剖析定量分析的Mixing-Roughness-Informatio

4、n（MRI）模型的進(jìn)一步發(fā)展，力圖建立一個應(yīng)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(yīng)用開拓到更為廣闊的研究領(lǐng)域。
　　本學(xué)位論文從綜述深度剖析技術(shù)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(jìn)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(shù)的理論突破，并比較了MRI模型數(shù)值計算和

5、解析計算的優(yōu)劣和互補性，指出了SIMS標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)所存在的缺陷（第三章）。基于成熟的MRI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(xiàn)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(yīng)（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(xiàn)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(shù)據(jù)，確定了涂層與襯底間的界面粗糙度（第六章）。為了實現(xiàn)利用深度剖析技術(shù)對薄膜內(nèi)非靜水應(yīng)力致擴(kuò)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(yīng)力下，薄膜內(nèi)不同的應(yīng)力致擴(kuò)散深度剖面，并解釋了其中的特點和內(nèi)在規(guī)律（第七章）。在此基礎(chǔ)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(shù)對應(yīng)力致擴(kuò)