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薄膜生長過程微結(jié)構(gòu)演化的研究方法

文檔序號:6251227閱讀:178來源:國知局
薄膜生長過程微結(jié)構(gòu)演化的研究方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于針對薄膜生長過程性能演化的逆向研究領(lǐng)域,具體涉及一種SiO2薄膜生長過程微結(jié)構(gòu)演化的研究方法,其可用于評價SiO2薄膜生長過程微結(jié)構(gòu)演化規(guī)律。該研究方法采用化學溶液腐蝕方法,通過對SiO2薄膜分層腐蝕,分別對腐蝕的SiO2薄膜進行紅外介電常數(shù)測試,進而實現(xiàn)對不同厚度的SiO2薄膜短程有序結(jié)構(gòu)評價,對于深入理解SiO2薄膜生長過程的微觀結(jié)構(gòu)具有重要意義,為薄膜材料生長過程性能演化規(guī)律的研究提供了逆向研究方法。該方法避免了傳統(tǒng)分層制備方法的周期長、成本高等缺點,為薄膜的生長過程逆向研究提供了新方法。
【專利說明】一種SiO2薄膜生長過程微結(jié)構(gòu)演化的研究方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于針對薄膜生長過程性能演化的逆向研究領(lǐng)域,具體涉及一種SiO2薄膜 生長過程微結(jié)構(gòu)演化的研究方法,其可用于評價SiO2薄膜生長過程微結(jié)構(gòu)演化規(guī)律。

【背景技術(shù)】
[0002] SiO2薄膜是重要的光學薄膜低折射率材料之一,被廣泛應用于近紫外到近紅外波 段。SiO 2薄膜制備方法有電子束蒸發(fā)、離子輔助、離子束濺射、磁控濺射、溶膠-凝膠、原子層 沉積等,不同的成膜方式其特性具有較大的差別,尤其是其微結(jié)構(gòu)特性對于薄膜的光、熱、 力具有較強的相關(guān)性,因此對于SiO 2薄膜的結(jié)構(gòu)評價具有重要的意義。
[0003]評價SiO2薄膜結(jié)構(gòu)的方法有X射線衍射法(XRD)、X射線光電子能譜法(XPS)、掃 描電子顯微鏡法(SEM或TEM)、原子力顯微鏡(AFM)、紅外光譜(FTIR)等,主要表征薄膜的 晶向結(jié)構(gòu)、化學計量、表面/斷面結(jié)構(gòu)、表面微結(jié)構(gòu)和SiO4網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)。無定形SiO2材料 是由大量的[SiO4]四面體構(gòu)成,這些四面體通過Si-O-Si鍵隨機相互連接構(gòu)成隨機網(wǎng)絡(luò)玻 璃結(jié)構(gòu)。當紅外光波與SiO2材料作用時,Si-O-Si鍵的簡正振動頻率與入射光波頻率相同 時,在紅外光譜中會出現(xiàn)系列的振動吸收峰,可以得到Si-O-Si的鍵角和短程有序的連接 信息,因此FTIR是表征SiO2薄膜短程有序微結(jié)構(gòu)的理想方法。研究薄膜生長過程光學物 性一般可通過在線測量,如光學常數(shù)變化等,而對SiO2薄膜短程有序微結(jié)構(gòu)的變化仍是無 能為力。
[0004] 綜上所述,如何評價SiO2薄膜在生長過程的性能演化規(guī)律,使用傳統(tǒng)的分層鍍制 評價方法具有耗費成本、研究周期長等缺點,因此如何提供一種快速高效的SiO2薄膜在生 長過程中短程有序微結(jié)構(gòu)的變化的評價方法,已成為必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一)要解決的技術(shù)問題
[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何提供一種SiO2薄膜生長過程微結(jié)構(gòu)演化的研究 方法。
[0007] (二)技術(shù)方案
[0008] 為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種SiO2薄膜生長過程微結(jié)構(gòu)演化的研究方 法,其包括如下步驟:
[0009] 步驟SI:首先在超光滑表面的基底上制備SiO2薄膜;
[0010] 步驟S2 :采用化學腐蝕的方法對SiO2薄膜分層腐蝕,使用氫氟酸+氨水+丙三醇 +乙二醇作為腐蝕化學溶液;
[0011] 步驟S3 :為了保證腐蝕溶液的均勻性,將腐蝕樣品側(cè)放在聚四氟乙烯托盤上,然 后將其放入燒杯中在超聲波清洗機中超聲腐蝕;
[0012] 步驟S4 :通過控制不同的腐蝕時間t,從而得到不同物理厚度的薄膜;
[0013] 步驟S5 :使用橢圓偏振儀測量薄膜物理厚度;
[0014] 步驟S6 :對不同物理厚度的薄膜進行紅外光譜透射率測量;
[0015] 步驟S7 :以透過率和反射率光譜為輸入?yún)?shù),依據(jù)介電常數(shù)模型,設(shè)定解析解nf、 1^、(1{和誤差8的范圍,得到初始值11 {、1^、(1{,當評價函數(shù)1^£〈8時,輸出11{、1^、(1{;如果 MSE>S,則將產(chǎn)生的新解nf、kf、df輸入透過率和反射率光譜中重新計算;通過對紅外光譜 透射率反演計算出薄膜的介電常數(shù)e(?),實部為~(?),虛部為h(?);
[0016] 步驟S8 :根據(jù)Barker的能量損耗函數(shù)理論,計算出薄膜在TO和LO兩個模式下的 能量損耗函數(shù)如下:
[0017] fT0 = e Jo)⑴
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種SiO2薄膜生長過程微結(jié)構(gòu)演化的研究方法,其特征在于,其包括如下步驟: 步驟Sl :首先在超光滑表面的基底上制備SiO2薄膜; 步驟S2 :采用化學腐蝕的方法對SiO2薄膜分層腐蝕,使用氫氟酸+氨水+丙三醇+乙 二醇作為腐蝕化學溶液; 步驟S3:為了保證腐蝕溶液的均勻性,將腐蝕樣品側(cè)放在聚四氟乙烯托盤上,然后將 其放入燒杯中在超聲波清洗機中超聲腐蝕; 步驟S4 :通過控制不同的腐蝕時間t,從而得到不同物理厚度的薄膜; 步驟S5 :使用橢圓偏振儀測量薄膜物理厚度; 步驟S6 :對不同物理厚度的薄膜進行紅外光譜透射率測量; 步驟S7 :以透過率和反射率光譜為輸入?yún)?shù),依據(jù)介電常數(shù)模型,設(shè)定解析解nf、kf、df和誤差S的范圍,得到初始值%、1^、4,當評價函數(shù)1^〈6時,輸出%、1^、4 ;如果1^>6, 則將產(chǎn)生的新解nf、kf、df輸入透過率和反射率光譜中重新計算;通過對紅外光譜透射率反 演計算出薄膜的介電常數(shù)e 〇),實部為L〇),虛部為SiO); 步驟S8 :根據(jù)Barker的能量損耗函數(shù)理論,計算出薄膜在TO和LO兩個模式下的能量 損耗函數(shù)如下:
fro和4。最大值對應的《即為TO和LO模式的振動頻率和; 步驟S9 =SiO2薄膜的短程有序微結(jié)構(gòu)主要用Si-O-Si鍵角表征,不同的鍵角表征了 [SiO4]的連接方式;SiO2在紅外振動吸收區(qū)內(nèi)振動模式有TO和LO兩種,TO與LO振動頻率 與Si-O-Si鍵角的關(guān)系如下:
在這里,m為氧原子質(zhì)量,0為[SiO4]四面體相互連接的Si-O-Si鍵角,e ~為SiO2的 靜介電常數(shù),%為真空絕對介電常數(shù),Z是與氧伸縮運動相關(guān)的橫向電荷,P為SiO2的密 度;a和0為與Si-O-Si鍵角無關(guān)的力學常數(shù),與氧原子和硅原子的搖擺振動頻率相關(guān), 表達式如下:
步驟SlO :根據(jù)公式(1)-公式(7),分別計算出不同物理厚度的SiO2薄膜鍵角和密度, 由此可以逆向確定SiO2薄膜的鍵角在薄膜生長過程的演化規(guī)律,通過鍵角確定[SiO4]的連 接方式,達到表征SiO2薄膜微結(jié)構(gòu)演化規(guī)律的目的。
【文檔編號】G01N1/32GK104361257SQ201410720806
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】季一勤, 劉華松, 姜承慧, 劉丹丹, 姜玉剛, 王利栓, 趙馨 申請人:中國航天科工集團第三研究院第八三五八研究所
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