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XRF用于涂鍍層的測量和監(jiān)控

2023-03-27 12:07:49 optima 983

XRF用于涂鍍層的測量和監(jiān)控

                               ------  馬云

一、          關(guān)于涂鍍層:重點了解涂鍍層的測量與監(jiān)控

    1、膜厚的分類

    薄膜是指在基板的垂直方向上所堆積的1104的原子層或分子層。在此方向上,薄膜具有微觀結(jié)構(gòu)。

  理想的薄膜厚度是指基片表面和薄膜表面之間的距離。由于薄膜僅在厚度方向是微觀的,其他的兩維方向具有宏觀大小。所以,表示薄膜的形狀,一定要用宏觀方法,即采用長、寬、厚的方法。因此,膜厚既是一個宏觀概念,又是微觀上的實體線度。

  由于實際上存在的表面是不平整和連續(xù)的,而且薄膜內(nèi)部還可能存在著針孔、雜質(zhì)、晶格缺陷和表面吸附分子等,所以,要嚴格地定義和精確測量薄膜的厚度實際上是比較困難的。膜厚的定義應(yīng)根據(jù)測量的方法和目的來決定。

  

   經(jīng)典模型認為物質(zhì)的表面并不是一個抽象的幾何概念,而是由剛性球的原子(分子)緊密排列而成,是實際存在的一個物理概念。


涂鍍層圖1.jpg

上圖是實際表面和平均表面的示意圖。平均表面是指表面原子所有的點到這個面的距離代數(shù)和等于零,平均表面是一個幾何概念。通常,將基片一側(cè)的表面分子的集合的平均表面稱為基片表面;薄膜上不與基片接觸的那一側(cè)的表面的平均表面稱為薄膜的形狀表面測厚儀維修;將所測量的薄膜原子重新排列,使其密度和塊狀材料相同且均勻分布在基片表面上,這時的平均表面稱為薄膜質(zhì)量等價表面測厚儀維修;根據(jù)測量薄膜的物理性質(zhì)等效為一定長度和寬度與所測量的薄膜相同尺寸的塊狀材料的薄膜,這時的平均表面稱為薄膜物性等價表面測厚儀維修。由此可以定義:

1)形狀膜厚測厚儀維修測厚儀維修測厚儀維修面之間的距離;

2)質(zhì)量膜厚測厚儀維修測厚儀維修測厚儀維修面之間的距離;

3)物性膜厚測厚儀維修測厚儀維修測厚儀維修面之間的距離。

 

形狀膜厚測厚儀維修是最接近于直觀形式的膜厚,通常以um為單位。測厚儀維修只與表面原子(分子)有關(guān),并且包含著薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響;

 質(zhì)量膜厚測厚儀維修反映了薄膜中包含物質(zhì)的多少,通常以μg/




為單位,它消除了薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響(如缺陷、針孔、變形等);

 物性膜厚dP在實際使用上較有用,而且比較容易測量,它與薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)無直接關(guān)系,主要取決于薄膜的性質(zhì)(如電阻率、透射率等)。

  三種定義的膜厚往往滿足下列不等式:

                  測厚儀維修測厚儀維修測厚儀維修 

  三種膜厚的測試方法如表2-8所示。

1502949678431436.jpg

2、膜厚的測量方法   

1502949352241838.jpg

以下重點介紹以下2種方法

(1)  X射線熒光法(XRF):能量X熒光光譜側(cè)厚法(質(zhì)量膜厚)

測試原理:XRF測厚是通過X射線激發(fā)各種物質(zhì)(如Mo、Ag、Mn)的特征X射線,然后測量這被釋放出來的特征X射線的能量對樣品進行進行定性,測量這被釋放出來的特征X射線的強度與標準片(或者對比樣)對比得出各物質(zhì)的厚度,這種強度和厚度的對應(yīng)關(guān)系在軟件后臺形成曲線。而各種物質(zhì)的強度增加,厚度值也增加,但不是絕對直線關(guān)系;通過標樣和軟件及算法(算法有FP法和經(jīng)驗系數(shù)法)得到一個最接近實際對應(yīng)關(guān)系的曲線



1502949352299027.jpg

1502949352661527.jpg


原子結(jié)構(gòu)圖

(2) 觸針法:差動變壓器法、阻抗放大法、壓電元件法(形狀膜厚)

原理:在針尖上鑲有曲率半徑為幾微米的藍寶石或金剛石的觸針,使其在薄膜表面上移動時,由于試樣的臺階會引起觸針隨之作階梯式上下運動。再采用機械的、光學的或電學的方法,放大觸針所運動的距離并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的讀數(shù),該讀數(shù)所表征的距離即為薄膜厚度。

直接影響觸針法的應(yīng)用與精度的幾個方面:

a)由于觸針尖端的面積非常小,會穿透鋁膜等易受損傷的

   軟質(zhì)膜,并在其上劃出道溝,從而產(chǎn)生極大的誤差;

b)基片表面的起伏或不平整所造成的“噪聲”亦會引起誤

     差;

c)被測薄膜與基片之間,必須要有膜一基臺階存在,才能

     進行測量。

d)只能測試被測薄膜與基片之間,一臺階內(nèi)的總厚度,不分辨測試或者多層。

 

二、          形狀膜厚與質(zhì)量膜厚、XRF測試值的關(guān)系和轉(zhuǎn)換。

 

XRF原本測試的是質(zhì)量,但是在現(xiàn)在應(yīng)用中都已經(jīng)轉(zhuǎn)換成用厚度表示了。

關(guān)系公式如下:(XRF的測試值用測厚儀維修表示,質(zhì)量用測厚儀維修表示,標定曲線時用的標樣的密度用測厚儀維修表示,當前測試樣的密度用測厚儀維修 表示,形狀膜厚測厚儀維修表示)

測厚儀維修=測厚儀維修

                               測厚儀維修 =測厚儀維修*測厚儀維修

通過XRF標準曲線的測量,也可以知道密度的變化。

測厚儀維修 =測厚儀維修*測厚儀維修

三、            XRF的對涂鍍層的應(yīng)用和作用

1、 用標樣建立標準工作曲線,可以作用于:

a、 獲得各層質(zhì)量膜厚。

b、 形狀膜厚對比,獲得各層膜厚密度。

c、 膜厚的均勻度。

2、 利用幾組樣品來做為標樣,制作曲線,可以得到接近形狀膜厚(前提條件,對密度的變換要監(jiān)控好)

                                                      201110

 


底部簡介

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