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薄膜材料的表征方法-16-2012

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第四章 薄膜材料的表征方法-修改

第四章 薄膜材料的表征方法-修改

表4.2 扫描电子显微镜可提供的样品表层信息
所用信号 二次电子 特点 电子能量较低，产生区域较小（即样品 表面最外层的几层原子）；图像分辨率 高 电子能量分布范围广，从几个eV到等于 入射电子的初始能量，产生区最远可达 mm量级 样品中吸收残余电子；图像质量欠佳， 只适用于某些特殊情况 价电子受激驰豫发光，信号较弱 内层电子电离，外层电子填补空位产生 驰豫电磁辐射，产生区可达mm量级 内层电子电离，驰豫过程产生的另一能 级上电离的电子产生于样品表面几个原 子层 可提供信息 高分辨率的样品表面形貌，样品 的电压衬度，样品的磁衬度和磁 畴显示 表面形貌，原子序数（化学成分） 衬度，晶体取向衬度，提供电子 通道图样，确定晶体取向 表面形貌，原子序数衬度，晶体 取向衬度，提供电子通道图样， 确定晶体取向 表面反射和透射模式的荧光图像 任何部位的元素分析和元素分布 图 样品表面薄层中的轻元素分析和 元素分布图
4.2.2 原子力显微镜（AFM）分析
AFM工作原理 将一个对微弱力极敏感的微悬 梁一端固定，另一端有一微小 的针尖，针尖与样品表面轻轻 接触。由于针尖尖端原子与样 品原子间存在极微弱的排斥力 （10-8~10-6 N），通过扫描 控制这种力的恒定，带有针尖 的微悬梁将对应于针尖与样品 原子间作用力的等位面而在垂 直于样品的表面方向起伏运动。 利用光学检测法或隧道电流检 将扫描隧道显微镜（STM）的工作原 测法，可以测得微悬梁对应于 理和针式轮廓曲线仪原理结合起来， 扫描各点的位置变化，从而可 制成了原子力显微镜（Atomic Force 以获得样品表面形貌的信息。
2）称重法 如果薄膜的面积A、密度r和质量m可以被精确测定的 话，由公式 m d Ar
就可以计算出薄膜的厚度d。 缺点：它的精度依赖于薄膜的密度r以及面积A的测量 精度

薄膜材料的表征方法完整版本共71页文档

薄膜材料的表征方法完整版本共71页文档
薄膜材料的表征方法完整版本
21、没有人陪你走一所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿

薄膜材料的表征

薄膜材料的表征
另外，探针旳针尖会对膜表面产生很大旳压强，造成 膜面损伤。
制备台阶旳措施
常用掩膜镀膜法，即将基片旳一部分用掩膜遮 盖后镀膜，去掉掩膜后形成台阶。因为掩膜与 基片之间存在着间隙，所以这种措施形成旳台 阶不是十分清楚，相对误差也比较大，但能够 经过屡次测量来提升精确度，探针扫过台阶时 就能显示出台阶两侧旳高度差，从而得到厚度 值。
其测量装置原理图如图4.4所示。在样品角度 连续变化旳过程中，在光学显微镜下能够观察
到干涉极大和极小旳交替出现。得出光旳干涉
条件（式 4.10）为 ：
d
N
2n1 cos
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图4.4 变角度法测量透明薄膜厚度旳装置 示意图
等角反射干涉法（CARIS）
测量透明薄膜厚旳第二种措施是使用非 单色光入射薄膜表面，在固定光旳入射 角度旳情况下用光谱仪分析光旳干涉波 长。这一措施被称为等角反射干涉法 （CARIS）。在这一措施中，干涉极大 或极小旳条件仍为式（4.10），但N与 λ在变化，而 θ不变，因而
此类措施所根据旳原理一般是不同薄膜 厚度造成旳光程差引起旳光旳干涉现象。
1．光旳干涉条件
首先研究一层厚度为d、折射率为n旳薄
膜在波长为λ旳单色光源照射下形成干涉 旳条件。
显然要想在P点观察到光旳干涉极大，其
条件是直接反射回来旳光束与折射后又 反射回来旳光束之间旳光程差为光波长 旳整倍数。
图4.1 薄膜对单色光旳干涉条件
透明薄膜厚度测量旳干涉法
式中，为单色光波长，m为任意非负旳 整数。在两个干涉极大之间是相应旳干
涉极小。若 n1 < n2 ，反射极大旳条件
变为:
d (m 1)
2n1
变角度干涉法（VAMFO）

薄膜材料的表征方法

薄膜材料的表征方法
详细描述
紫外-可见光谱法利用紫外-可见光波段的光子能量与材料中价电子的跃迁能量相匹配的特性，通过测量材料对不 同波长光的吸收程度，得到吸收光谱。通过对光谱的分析，可以了解材料的电子结构和分子组成，从而推断材料 的性质和结构。
红外光谱法
总结词
通过测量材料在红外光波段的吸收光谱，分析材料中分子的振动和转动模式。
俄歇电子能谱法
总结词
俄歇电子能谱法是一种高灵敏度、高分辨率的表面分析技术，用于检测薄膜材 料表面的元素组成和化学状态。
详细描述
该方法利用高能电子束轰击薄膜表面，使表面原子发射出俄歇电子，通过测量 俄歇电子的能量分布，可以推断出薄膜表面的元素组成、化学键合状态以及元 素化合物的存在形式。
红外光谱法
详细描述
红外光谱法利用红外光波段的光子能量与材料中分子振动和转动能量相匹配的特性，通过测量材料对 不同波长光的吸收程度，得到吸收光谱。通过对光谱的分析，可以了解材料中分子的振动和转动模式 ，进一步推断材料的结构和性质。
拉曼光谱法
总结词
通过测量材料在拉曼散射过程中的光谱 ，分析材料中分子的振动和旋转模式。
剪切韧性测试
通过测量材料在剪切载荷下的剪切位移或剪切强度，评估材料的 韧性。
感谢您的观看
THANKS
各种类型的薄膜材料。
原子力显微镜
总结词
原子力显微镜是一种高分辨率的表面形貌表征技术，可以用来观察薄膜表面的微观结构 和形貌特征。
详细描述
原子力显微镜利用微悬臂探针在薄膜表面扫描，通过测量探针与薄膜表面之间的相互作 用力，可以实时获得薄膜表面的形貌信息。该方法具有极高的分辨率，能够观察到薄膜
表面的原子级结构，适用于各种类型的薄膜材料。
05 化学性能表征方法

薄膜材料性能表征方法介绍

薄膜材料性能表征方法介绍
磁化率测试可以用于研究薄膜材料的磁学性质，如磁各向 异性、磁晶各向异性等，对于理解材料的磁学行为和优化 磁性薄膜的应用具有重要意义。
磁损耗法
01
磁损耗法是通过测量磁场中材 料因磁滞、涡流等效应而产生 的能量损耗来表征材料磁学性 能的方法。
02
磁损耗法通常采用交流磁场进 行测量，能够反映材料的动态 磁特性，如磁损耗角正切值等 。
电学性能表征
电导率测试
总结词
电导率测试是评估薄膜材料导电性能的重要手段，通过测量电流与电压的关系，可以获 得材料的电导率。
详细描述
在电导率测试中，将薄膜材料置于电极之间，施加一定的电压，测量流过材料的电流。 通过计算电流与电压的比值，可以得到材料的电导率。电导率的大小反映了材料导电性
能的优劣。
霍尔效应法
磁畴观察法可以用于研究薄膜材料的磁畴行为、磁反转机制等，有助于理 解材料的磁学性质和应用潜力。
06
环境稳定性表征
耐腐蚀性测试
盐雾试验
将薄膜材料置于盐雾环境中，模拟海洋大气环境，观察其抗腐蚀 性能。
酸碱腐蚀试验
将薄膜材料暴露在酸、碱等腐蚀性环境中，检测其抗腐蚀性能。
电化学腐蚀试验
通过电化学方法检测薄膜材料的耐腐蚀性能，包括电化学阻抗谱 和恒电位腐蚀等。
性能表征的必要性
对薄膜材料进行性能表征有助于了解 其物理、化学和机械性质，从而优化 制备工艺和提高产品质量。
性能表征是评估薄膜材料性能与可靠 性，以及进行材料选择和设计的重要 依据。
02
光学性能表征
透射光谱法
总结词
透射光谱法是通过测量薄膜材料透射光强随波长的变化来表征其光学性能的方法。
详细描述
通过测量划痕阻力来确定材料的硬度和韧性。

薄膜材料的表征与测量方法PPT(55张)

薄膜材料的表征与测量方法PPT(55张)

隧道效应电流是电子 波函数重叠的量度， 它与两金属电极之间 的距离以及衰减常数 有关。
38
隧道效应
由于电子具有波动性，在金
属中的电子并非仅存在于表
面边界以内，即电子刻度并
不是在表面边界上突然降低
为零，而是在表面边界以外
按指数规律衰减，衰减长度 约1nm。这样，如果两块金 属表面互相靠近到间隙小于 1nm时，它们的表面电子云 将发生重叠。如果将探针极
为简单起见，可先假设在第二个界面上，光全 部被反射回来并到达薄膜表面的C点，在该点 处，光束又会发生发射和折射。
要想在P点观察到光的干涉极大，其条件是直 接反射回来的光束与折射后又反射回来的光束 之间的光程差为波长的整数倍。
6
7
不透明薄膜厚度测量的等厚干涉 （FET）和等色干涉（FECO）法
40
优点
有原子量级的极高分辨率，能够分辨出单个原子。
直接观测到单原子层表面的局部结构，如表面缺 陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置等。
能够实时地得到表面的三维图像，可测量具有周 期性和不具备周期性的表面结构。特别有利于对 表面摩擦磨损行为和性能变化等动态过程研究。
可以在不同环境条件下工作，包括真空、大气、 低温，甚至试样浸湿在水或电解液中。适用于研 究环境因素对试样表面的影响。
原理：基于石英晶体片的固有振动频率随其质 量的变化而变化的物理现象。
16
17
§6.2 薄膜结构的表征方法
薄膜结构的研究可以依所研究的 尺度范围划分为以下三个层次:
薄膜的宏观形貌,包括薄膜尺寸、形状、厚度、 均匀性等；
薄膜的微观形貌，如晶粒及物相的尺寸大小 和分布、孔洞和裂纹、界面扩散层及薄膜织 构等；

第6章薄膜材料的表征方法


石英晶体振荡器可以和微型机相连接，根据晶体振荡频率 的变化，计算机可以方便地计算膜层的厚度，并且根据振 荡频率随时间的变化，即可确定薄膜的淀积速率。通过与 计算机相连接的键盘，可以输入要求的各层薄膜的淀积速 率和厚度。然后计算机实现对蒸发源功率的自动调节，以 控制薄膜的淀积速率。一旦厚度（即频率的变化）达到预 定值，自动切断蒸发源电源并关闭挡板。
m 1 h
2n1
经典模型认为物质的表面并不是一个抽象的几何概念， 而是由刚性球的原子（分子）紧密排列而成，是实际存 在的一个物理概念。下图是实际表面和平均表面的示意 图。平均表面是指表面原子所有的点到这个面的距离代 数和等于零，平均表面是一个几何概念。通常，将基片 一侧的表面分子的几何的平均表面称为基片表面SS;薄膜 上不与基片接触的那一侧的表面分子的集合的平均表面 称为薄膜形状表面ST，将所测量的薄膜原子重新排列， 使其密度和块状材料相同且均匀分布在基片表面上，这 时的平均表面称为薄膜质量等价表面SM；根据测量薄膜 的物理性质等效为一定长度和宽度与所测量的薄膜相同 尺寸的块状材料的薄膜，这时的平均法
1、 光干涉法
如用光照射薄膜，由于空气和薄膜的折射率不同，直 接从膜表面反射回来的光线与经过膜层从基片表面反射 回来的光线就存在着光程差，因此两束光便产生了光的 干涉,而透射进入基片的光波也同样会产生干涉。 利用薄膜的光干涉来测量薄膜的厚度，目前已有一套完 整的方法，如干涉色测量膜厚法和等厚干涉条纹法，也 就是说的多光束干涉法，即MBI法。
在薄膜与衬底均是透明的，而且它们的折射率分别为n1和n2 的情况下，薄膜对垂直入射的单色光的反射率随着薄膜的 光学厚度n1h的变化而发生振荡，如图所示那样，n1不同， n2=1.5（相当于玻璃）。
对于n1>n2的情况，反射极大的位臵出现在：

薄膜材料的表征方法-

械、电子或光学得方法被放大几千倍甚至一百万 倍,因而垂直位移得分辨率可以达到1nm左右。
❖ 要测膜厚,首先要制备出有台阶得薄膜。制 备台阶得方法常用掩膜镀膜法,即将基片得 一部分用掩膜遮盖后镀膜,去掉掩膜后形成 台阶。由于掩膜与基片之间存在着间隙,因 此这种方法形成得台阶不就是十分清晰,相 对误差也比较大,但可以通过多次测量来提 高精确度,探针扫过台阶时就能显示出台阶 两侧得高度差,从而得到厚度值。
❖ 椭偏光谱学就是一种利用线偏振光经样品反射后转变
为椭圆偏振光这一性质以获得样品得光学常数得光谱 测量方法,它区别于一般得反射透射光谱得最主要特 点在于不直接测算光强,而就是从相位空间寻找材料 得光学信息,这一特点使这种测量具有极高得灵敏度。
❖ 椭偏光谱仪有多种结构,如消光式、光度式等,消光式 椭偏仪通过旋转起偏器与检偏器,对某一样品,在一定 得起偏与检偏角条件下,系统输出光强可为零。由消 光位置得起偏与检偏器得方位角,就可以求得椭偏参 数。然而,这种方法在具有较大背景噪声得红外波段
❖ 主要缺点就是: ①容易滑伤较软得薄膜并引起测量误差; ②对于表面粗糙得薄膜,其测量误差较大; ③需要事先制备带有台阶得薄膜样品; ④只能用来测量制成得薄膜得厚度,不能用于
制膜过程中得实时监控。
3.2 薄膜结构得表征
❖ 薄膜结构得表征方法(扫描电子显微镜:透射电子显微镜;X射线 衍射方法;低能电子衍射与反射式高能电子衍射)
常用薄膜厚度测量方法
❖ 薄膜厚度得测量广泛用到了各种光学方法。这就是因为, 光学方法不仅可被用于透明薄膜,还可被用于不透明薄膜; 不仅使用方便,而且测量精度高。这类方法多利用光得干 涉现象作为测量得物理基础。
❖ 椭圆偏振仪原理及应用:
❖ 在椭圆偏振技术(Ellipsometry)发展起来之前,早期光学常 数得测量通常就是在一定光谱范围内测量正入射样品得 反射率,然后由K-K关系分析获得材料得复折射率、复介 电函数等光学常数。在Drude与Stutt提出物理得测量原 理之后,经过人们得不懈努力,这一方法得到了不断得完善。

薄膜材料的表征方法演示文稿

6.3.1 X射线衍射法 －－ 讨论的问题
晶体中的原子是如何排列的以及这种排列方式的表示方法 这种排列方式的不同给X射线的衍射结果带来什么样的影
响? X射线在晶体上的衍射过程： X射线照到晶体上，晶体作
为光栅产生衍射花样，衍射花样反映了光学显微镜所看不 到的晶体结构的特征。 利用衍射花样来推断晶体中质点的排列规律
第8页，共57页。
6.1.1.3 透明薄膜厚度测量的干涉法
第一种，变角度干涉法（VAMFO） 在样品角度连续变化的过程中，在光学显微镜下可以观察
到干涉极大和极小的交替出现。当衬底不透明，且具有一定的反 射率时，光的干涉条件为：
h=Nλ/(2n1cosθ) 由干涉极值出现的角度θ′和已知的n1，可以拟合求出N和 薄膜厚度h。 缺点：必须已知波长λ时薄膜的n1。否则，就需要先由一个假 设的折射率出发，并由测量得到的一系列干涉极值时的入射角θ′ （θ）去拟合它。
份，金相分析能揭示材料的显微形貌，而X射线衍射分析可得出材料中 物相的结构及元素的存在状态。因此，三种方法不可互相取代。
透镜的成像过程
光源
物平面
后焦面
像平面
第一个过程是平行电子束遭到物的散射作用而分裂成为各级衍射 谱，即由物变换到衍射的过程；
第二个过程是各级衍射谱经过干涉重新在像平面上会聚成诸像点， 即由衍射重新变换到物(像是放大了的物)的过程。
第23页，共57页。
6.2 薄膜结构的表征方法
6.2.2 TEM
第17页，共57页。
6.2 薄膜形貌的表征方法
6.2.1 SEM
可提供清晰直观的形貌图像，分辨率高（最佳分辨率可达5nm左右）、观察景深长，
可以采用不同的图像信息形式，可以给出定量或半定量的表面成分分析结果。

第六章薄膜材料的表征方法

第六章 薄膜材料的 表征方法
薄膜厚度的测量
薄膜厚度的测量，根据薄膜的不同，其测量方法也是多种多样。多数方法
只能在薄膜制备完成后使用，只有少数的方法属于实时的测量技术。
1、薄膜厚度的光学测量方法 薄膜厚度的测量广泛用到了各种光学方法。这是由于光学方法不仅可被用
于透明薄膜，还可被用于不透明薄膜；不仅使用简便，而且测量精度较高。这
优点：景深长、图像富有立体感；图像的放大倍率可在大范围内
连续改变，而且分辨率高；样品制备方法简单，可动范围大，便 于观察；样品的辐照损伤及污染程度较小；可实现多功能分析。
构成：电子光学系统，包括电子枪、电磁透镜和扫描线圈等；
机械系统，包括支撑部分、样品室；真空系统；样品所产生信 号的收集、处理和显示系统。
薄膜厚度的测量
通过实验测出和之后， 利用上图便可查出n2，再由 测出的在—曲线上查出 的值，便可求出薄膜的厚度。
薄膜厚度的测量 2、薄膜厚度的机械测量方法 （1)表面粗糙度仪法 用直径很小的触针划过被测薄膜的表面，同时记录下触针在垂 直方向的移动情况并画出薄膜表面轮廓的方法称为粗糙度仪法。这 种方法不仅可以用来测量表面粗糙度，也可以用来测量特意制备的 薄膜台阶高度，以得到薄膜厚度的信息。 应用表面粗糙度仪可测量得出的薄膜表面形貌曲线，由此可得 出许多表面粗糙度的信息，其中最为重要的信息包括：
（5）
由此看来，光在单层膜上的总反射系数可视为光在一等效界面
上的反射系数，如果把它沿P和S分量分解（6）式便可写成
薄膜厚度的测量
RP
r1 p r2 p e i 2 1 r1 p r2 p e i 2
r1s r2 s e i 2 Rs 1 r1s r2 s e i 2
类方法多利用光的干涉现象作为测量的物理基础。 （1)光的干涉条件
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6、扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope-STM）
场发射扫描电子显微镜 Field Emission SEM (FESEM) 分辨率可达1-2 nm
22
PbTiO3 Nanowires
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3、透射电子显微镜
（Transmission Electronic Microscope）
特点：电子束一般不再采取扫 描方式对样品的一定区域进行 扫描，而是固定地照射在样品 中很小的一个区域上；透射电 子显微镜的工作方式是使被加 速的电子束穿过厚度很薄的样 品，并在这一过程中与样品中 的原子点阵发生相互作用，从 而产生各种形式的有关薄膜结 构和成分的信息。 工作模式：影像模式和衍射模 式（两种工作模式之间的转换主要
(2m 1) d 4n1
对于n1<n2的情况，反射极大的条件变为
(m 1) d 2n1
为了能够利用上述关系实现对于薄膜厚度的测量，需 要设计出强振荡关系的具体测量方法。
9
（1）利用单色光入射，但 通过改变入射角度（及反射 角度）的方法来满足干涉条 件的方法被称为变角度干涉 法（VAMFO），其测量装 臵原理图如图。 （2）使用非单色光入射薄 膜表面，在固定光的入射角 度的情况下，用光谱仪分析 光的干涉波长，这一方法被 称为等角反射干涉法 （CARIS）。 注意：以上测量薄膜厚度的方法仅涉及到薄膜厚度引起的光 程差变化以及其导致的光的干涉效应。 10
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2）称重法
如果薄膜的面积A、密度ρ和质量m可以被精确测定的话， 由公式
m d A
就可以计算出薄膜的厚度d。 缺点：它的精度依赖于薄膜的密度ρ以及面积A的测量精度。
15
3） 石英晶体振荡器法
原理：将石英晶体沿其线膨胀 系数最小的方向切割成片，并在两 端面上沉积上金属电极。由于石英 晶体具有压电特性，因而在电路匹 配的情况下，石英片上将产生固有 频率的电压振荡。将这样一只石英 振荡器放在沉积室内的衬底附近， 通过与另一振荡电路频率的比较， 可以很精确地测量出石英晶体振荡 器固有频率的微小变化。在薄膜沉 优点：在线测量、精确 积的过程中，沉积物质不断地沉积 到晶片的一个端面上，监测振荡频 缺点：1、需对薄膜沉积设 备进行改装； 率随着沉积过程的变化，就可以知 2、成本较高 道相应物质的沉积质量或薄膜的沉 积厚度。 16
36
4、X射线衍射方法
特定波长的X射线束与晶体学平面发生相互作用时会发生X 射线的衍射，衍射现象发生的条件即是布拉格公式
2d sin n
解决薄膜衍射强度偏低问题 的途径可以有以下三条： （1）采用高强度的X射线源。 （2）延长测量时间。
（3）采用掠角衍射技术。
37
不同温度烧结的BST陶瓷的XRD图谱 (a) 1280℃ (b) 1300℃ (c) 1320℃ (d) 1350℃
4）薄膜测量的椭偏仪（Ellipsometer）法
椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄 膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原 理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射 时出现的偏振变换。
椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、 圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、 大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导 体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。 结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、 快速数据获取等优点。 11
薄膜材料的表征方法
1
一 . 二.
ห้องสมุดไป่ตู้
薄膜厚度测量技术 薄膜结构的表征方法
三.
四.
薄膜成分的表征方法
薄膜附着力的测量方法
2
一.
薄膜厚度测量技术
1、薄膜厚度的光学测量方法 2、薄膜厚度的机械测量方法
3
1、薄膜厚度的光学测量方法
1）光的干涉条件
nc ( AB BC) AN 2nc d cos N
（1）薄膜的宏观形貌，包括薄膜尺寸、形状、厚度、均 匀性等；
（2）薄膜的微观形貌，如晶粒及物相的尺寸大小和分布、 孔洞和裂纹、界面扩散层及薄膜织构等； （3）薄膜的显微组织，包括晶粒内的缺陷、晶界及外延 界面的完整性、位错组态等。
针对研究的尺度范围，可以选择不同的研究手段。
18
2、扫描电子显微镜Scanning Electronic Microscope (SEM)
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率
椭偏仪方法又称为偏光解析法。其特点是可以同时对 透明薄膜的光学常数和厚度进行精确的测量，缺点是原 理和计算比较麻烦。 椭偏仪不仅可以用于薄膜的光学测量，而且可以被用 于复杂环境下的薄膜生长的实时监测，从而及时获得薄 膜生长速度、薄膜性能等有用的信息。
12
原理介绍
测出一对起偏 方程 和检偏的角度 (1) 值（P,A）
Au薄膜的高分辨率点阵像，从其中已可以 分辨出一个个Au原子的空间排列。 32
33
34
Figure 7. Determination the side surfaces of a nanowire. (a) Low magnification TEM image of a R-Fe2O3 nanowire. (b) Three possible incident electron beam directions for imaging the nanowire, and (c-e) are the corresponding diffraction pattern along the three zone axes.
不透明薄膜厚度测量的等色干涉法
等色干涉条纹法需要将反射镜与薄膜平行放臵，另外要使用非单 色光源照射薄膜表面，并采用光谱议分析干涉极大出现的条件。
使用非单色光源照射薄膜表面
采用光谱仪测量玻璃片、薄膜间距S引起的相邻两个干涉极大 条件下的光波长λ1、λ2，以及台阶h引起的波长差Δλ
由下式推算薄膜台阶的高度
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优点：提供清晰直观的形貌图像，分辨率高，观察景深长， 可以采用不同的图像信息形式，可以给出定量或半定量的表 面成分分析结果等。 (1)、二次电子像 二次电子是入射电子从样品表层激发出来的能量最低 的一部分电子。二次电子低能量的特点表明，这部分电子 来自样品表面最外层的几层原子。用被光电倍增管接收下 来的二次电子信号来调制荧光屏的扫描亮度。由于样品表 面的起伏变化将造成二次电子发射的数量及角度分布的变 化，如图（c），因此，通过保持屏幕扫描与样品表面电子 束扫描的同步，即可使屏幕图像重现样品的表面形貌，而 屏幕上图像的大小与实际样品上的扫描面积大小之比即是 扫描电子显微镜的放大倍数。 特点：有较高的分辨率。 20
方程 (2)
薄膜光学常数 n1,d1
13
2、薄膜厚度的机械测量方法
1）表面粗糙度仪法
用直径很小的触针滑过被测薄膜的表面，同时记录下触针 在垂直方向的移动情况并画出薄膜表面轮廓的方法被称为粗 糙度仪法。这种方法不仅可以被用来测量表面粗糙度，也可 以被用来测量薄膜台阶的高度。 优点：简单，测量直观 缺点：（1）容易划伤较软的薄膜并引起测量误差； （2）对于表面粗糙的薄膜，并测量误差较大。
二.
薄膜结构的表征方法
1、简 介 2、扫描电子显微镜（SEM） 3、透射电子显微镜（TEM） 4、X射线衍射方法 5、低能电子衍射（LEED）和反射式 高能电子衍射（RHEED） 6、扫描隧道显微镜（STM） 7、原子力显微镜（AFM）
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1、简 介
薄膜的性能取决于薄膜的结构和成分。其中 薄膜结构的研究可以依所研究的尺度范围被 划分为以下三个层次：
依靠改变物镜光栅及透镜系统电流 或成像平面位臵来进行。）
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(1)、透射电子显微镜的衍射工作模式 在衍射工作模式下，电子在被晶体点阵衍射以后又被分 成许多束，包括直接透射的电子束和许多对应于不同晶体学 平面的衍射束。
右图是不同薄膜材料 在透射电子显微镜下的电 子衍射谱，通过对它的分 析可以得到如下一些薄膜 的结构信息： （1）晶体点阵的类型和点 阵常数； （2）晶体的相对方位； （3）与晶粒的尺寸大小、 孪晶等有关的晶体缺陷的 显微结构方面的信息。
(2)、背反射电子像 如图（b）所示，除了二次电子之外，样品表面还会将 相当一部分的入射电子反射回来。这部分被样品表面直接反 射回来的电子具有与入射电子相近的高能量，被称为背反射 电子。接收背反射电子的信号，并用其调制荧光屏亮度而形 成的表面形貌被称为背反射电子像。 (3)、扫描电子显微镜提供的其他信号形式 扫描电子显微镜除了可以提供样品的二次电子和背反射 电子形貌以外，同时还可以产生一些其他的信号，例如电子 在与某一晶体平面发生相互作用时会被晶面所衍射产生通道 效应，原子中的电子会在受到激发以后从高能态回落到低能 态，同时发出特定能量的X射线或俄歇电子等。接收并分析 这些信号，可以获得另外一些有关样品表层结构及成分的有 用信息。 21
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5、低能电子衍射（LEED）和反射式高能电子 衍射（RHEED）
由2dsinθ=nλ可知，要想对薄膜的表面进行研究，可以 采取两种方法。 (1)、采用波长较长的电子束，对应的电子束入射角和衍射 角均比较大。由于这时的电子能量较低，因而电子束对样品 表面的穿透深度很小。 (2)、采用波长远小于晶体点阵原子面间距的电子束。这时， 对应的电子入射角和衍射角均较小，因而穿透深度也只限于 薄膜的表层。
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(2)、透射电子显微像衬度形成
用物镜光栅取透射电子束或衍射电子束之中的一束就可 以构成样品的形貌像。这是因为，样品中任何的不均匀性都 将反映在其对入射电子束的不同的衍射本领上。对使用透射 束成像的情况来讲，空间的不均匀性将使得衍射束的强度随 位臵而变化，因而透射束的强度也随着发生相应的变化。即 不论是透射束还是衍射束，都携带了样品的不同区域对电子 衍射能力的信息。将这一电子束成像放大之后投影在荧光屏 上，就得到了样品组织的透射像。 电子束成像的方式可以被进一步细分为三种： （1）明场像 即只使用透射电子束，而用光栅档掉所有衍射束 的成像方式。 （2）暗场像 透射的电子束被光栅档掉，而用一束衍射束来 作为成像光源。 （3）相位衬度 允许两束或多束电子参与成像。 31