1 中国计量科学研究院 纳米新材料计量研究所， 北京 100029
2 太原理工大学 表面工程研究所， 山西 太原 030024
HfO2薄膜厚度达到纳米级别时，其光学性质会发生变化。光谱椭偏仪能够同时得到纳米尺度薄膜的厚度和光学常数，但是由于测量参数的关联性，光学常数的结果不准确可靠。本文采用溯源至SI单位的掠入射X射线反射技术对纳米尺度HfO2薄膜厚度进行准确测量，再以该量值为准确薄膜厚度参考值。利用光谱椭偏仪测量HfO2膜厚和光学常数时，参考膜厚量值，从而得到对应相关膜厚的薄膜准确光学参数。研究了以Al2O3作为薄膜缓冲层的名义值厚度分别为2，5，10 nm 的超薄HfO2薄膜厚度对光学性质的影响。实验结果表明，随着HfO2薄膜厚度的增加，折射率也逐渐增大，在激光波长632.8 nm下其折射率分别为1.901，2.042，2.121，并且接近于体材料，而消光系数始终为0，表明纳米尺度HfO2薄膜在较宽的光谱范围内具有较好的增透作用，对光没有吸收。
纳米尺度 HfO2 薄膜 掠入射 X 射线反射技术 光谱椭偏 厚度和光学表征 nanoscale HfO2 thin films grazing incidence X-ray reflectivity spectroscopic ellipsometry characterization of thickness and optical properti
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
掠入射X射线反射(GIXR)由于检测精度高且对检测薄膜的无损伤而被广泛用于薄膜检测和高精度表征。GIXR是一种基于数值拟合的间接检测方法, 因此在薄膜微观结构的求解, 特别是复杂多层膜膜系的求解过程中对数值优化算法的要求较高。为此提出了基于量子衍生遗传算法(QIGA)的薄膜GIXR拟合求解方法, 并基于QIGA对Si单层膜和等周期Mo/Si多层膜的GIXR分别进行拟合求解。结果表明, 该方法具有求解速度快、拟合精度高的明显优势, 说明QIGA在光学薄膜表征方面有潜在的应用价值。
薄膜 薄膜表征 量子衍生遗传算法 掠入射X射线反射 中国激光
2017, 44(12): 1203002
1 中国石油大学(北京)化工学院, 北京 102249
2 中国计量科学研究院, 北京 100029
为了快速、 准确得到纳米薄膜厚度, 采用Kiessig厚度干涉条纹计算薄膜厚度的线性拟合公式, 计算了不同系列厚度(10~120 nm)的二氧化硅薄膜。 薄膜样品采用热原子层沉积法(T-ALD)制备, 薄膜厚度使用掠入射X射线反射(GIXRR)技术表征, 基于GIXRR得到的反射率曲线系统讨论了线性拟合公式计算薄膜厚度的步骤及影响因素, 同时使用XRR专业处理软件GlobalFit2.0比较了两种方法得到的膜厚, 最后提出一种计算薄膜厚度的新方法-经验曲线法。 结果表明: 峰位级数对线性拟合厚度产生主要影响, 峰位级数增加, 厚度增大; 峰位对应反射角同样对线性拟合厚度有较大影响, 表现为干涉条纹周期增大, 厚度减小。 但峰位级数及其对应反射角在拟合薄膜厚度过程中引入的误差可进一步通过试差法, 临界角与干涉条纹周期的校准来减小。 对任意厚度的同一样品, 线性拟合和软件拟合两种方法得到的薄膜厚度具有一致性, 厚度偏差均小于0.1 nm, 表明线性拟合方法的准确性。 在厚度准确定值的基础上提出薄膜厚度与干涉条纹周期的经验关系曲线, 通过该曲线, 可直接使用干涉条纹周期计算薄膜厚度, 此方法不仅省略了线性拟合过程中确定峰位级数及其对应反射角的繁琐步骤, 而且避免了软件拟合过程中复杂模型的建立, 对快速、 准确获得薄膜厚度信息具有重要的意义。
厚度测量 掠入射X射线反射 二氧化硅薄膜 经验关系 Thickness measurement Grazing Incidence X-ray Reflection Silicon dioxide thin film Empirical relationship 光谱学与光谱分析
2016, 36(10): 3265
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
测量了Mo/Si多层膜在250 ℃下经历不同时间退火后的掠入射X射线反射谱，从中提取出特定级次衍射峰在退火过程中的相对移位，通过布拉格公式拟合，得到了Mo/Si多层膜周期厚度皮米级别的相对变化。采用扩散控制模型来描述Mo/Si多层膜界面扩散，界面厚度的平方随时间线性增加，由此拟合得到Mo和Si间的扩散系数为0.33×10-22 cm2/s。采用四层模型，对掠入射X射线反射谱进行全谱拟合，得到了Mo，Si和扩散层MoSi2的密度分别为9.3，2.5和5.4 g/cm3，据此对Mo和Si间扩散系数进行修正，最终得到在250 ℃下，Mo/Si多层膜中Mo和Si间的扩散系数为1.88×10-22 cm2/s，从而为研究Mo/Si多层膜的热稳定性提供了定量依据。
薄膜 Mo/Si多层膜 扩散系数 掠入射X射线反射谱 四层模型 极紫外 中国激光
2011, 38(11): 1107002
Author Affiliations
Abstract
Institute of Precision Optical Engineering, Department of Physics, Tongji University, Shanghai 200092, China
The direct replication of W/Si supermirrors is investigated systematically. W/Si supermirrors are fabricated by direct current (DC) magnetron sputtering technology. After deposition, the supermirrors are replicated from the supersmooth mandrels onto ordinary °oat glass substrates by epoxy replication technique. The properties of the supermirrors before and after the replication are characterized by grazing incidence X-ray reflectometry (GIXR) measurement and atomic force microscope (AFM). The results show that before and after replication, the multilayer structures are almost the same and that the surface roughness is 0.240 and 0.217 nm, respectively, which are close to that of the mandrel. It is demonstrated that the W/Si supermirrors are successfully replicated from the mandrel with good performance.
X射线超反射镜 环氧复制 掠入射X射线反射 原子力显微镜 160.4236 Nanomaterials 220.4241 Nanostructure fabrication 340.7470 X-ray mirrors 180.5810 Scanning microscopy Chinese Optics Letters
2011, 9(9): 091601
