二氧化硅（SiO₂）纳米薄膜具有独特的光学、电学和力学性能,在集成电路、太阳能电池和材料改性等方面具有广泛应用。国内外许多已有厚度标准物质也选择SiO₂薄膜材料,标准物质作为化学测量量值溯源和传递的载体,在检定和校准设备仪器、确认和评价分析方法中起着重要作用。综合考虑SiO₂材料的广泛用途和优良特性,自主设计制备硅基上二氧化硅（SiO₂/Si）纳米薄膜作为厚度标准物质候选材料,重点解决纳米薄膜的制备技术和定值技术。研制标准物质一般包括四个步骤:样品制备、均匀性检验、特征值定值、稳定性监测。本文选择原子层沉积（Atomic Layer Deposition,ALD）技术制备系列厚度SiO₂纳米薄膜,结合X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）等设备对薄膜结构进行表征,使用单波长激光椭偏（SWE）和掠入射X射线反射（GIXRR）两种不同原理的厚度测量方法准确测量薄膜厚度,分析薄膜厚度均匀性、稳定性数据,计算厚度不确定度,完成SiO₂纳米薄膜厚度标准物质研制。主要研究内容和结果如下:（1）采用ALD热法工艺制备SiO₂纳米薄膜,通过单因素变量法分析反应温度、载气流量、特征时间（Si源脉冲、Si源吹扫、O源脉冲、O源吹扫时间）对薄膜厚度及其分布的影响,得到O源脉冲时间是影响厚度均匀性的关键因素,进一步优化工艺参数得最佳工艺条件如下:反应温度325℃,载气流量chamber flow=200sccm,process flow=300sccm,反应开始前预等待时间W0=30s,反应周期对应4个特征时间Si源脉冲（Si pulse time=0.05s）,Si源吹扫（Si purge time=0.40s）,O源脉冲（O3 pulse time=0.70s）,O源吹扫（O3 purge time=0.40s）。该工艺对应SiO₂薄膜生长速率（Growth per Cycle,GPC）0.11nm/cycle,厚度均匀性（相对标准偏差）0.90%,满足厚度标准物质均匀性初检目标（<1.00%）。通过改变ALD反应循环数控制薄膜沉积厚度,设计并制备十个名义厚度SiO₂纳米薄膜。（2）对ALD制备的SiO₂薄膜样品进行表征,结果表明ALD生长SiO₂均为无定形结构,薄膜表面平均粗糙度约1.55nm。由XPS深度剖析实验所得基底信号随溅射时间的变化曲线可知整个薄膜区间可分层考虑,清洗对比试验得薄膜表面吸附层等效厚度0.29nm,联立XPS厚度计算公式和变角数据得自然氧化层厚度1.26nm,XPS溅射试验得两个过渡层对应理论厚度处于1.00nm¹.50nm区间。这些表征结果为GIXRR拟合模型的建立提供了合理参数初值和多层模型物理支持,有效提高了GIXRR厚度拟合效率和精度。（3）深入研究SWE和GIXRR两种厚度定值方法。优化SWE测量方案,固定折射率测量薄膜厚度,折射率与薄膜厚度的依赖关系由多波长椭偏（SE）检测。分别使用软件拟合和线性公式分析计算GIXRR原始测量数据,验证软件拟合与线性计算厚度的一致性。软件准确拟合的关键是确定GIXRR最佳拟合模型,根据薄膜表征结果,逐步改变模型层数并比较拟合图形和拟合参数,最终确定GIXRR五层最佳模型（自然氧化层+过渡层2+主体ALD-SiO₂+过渡层1+表面吸附层）。每一名义厚度标准物质采用SWE厚度结果和GIXRR软件拟合结果联合定值,整理并得到两种方法所得平均厚度具有一致性,厚度绝对偏差小于0.10nm,取两种方法所得平均厚度为标准值。每种厚度标准物质筛选部分样品进行均匀性检验,通过计算统计量F判断所制备标准物质厚度分布均匀。筛选部分样品进行稳定性监测,将此数据经线性模型处理,得相应直线斜率1b<0.05 1t（n-2）′S（b）,说明标物样品厚度量值在监测期内保持稳定,最后计算给出系列厚度SiO₂纳米薄膜的标准值和拓展不确定度。