论文部分内容阅读
自1970年代以来，由于真空技术的突破，结合离子溅射和表面元素成分分析技术，诸如二次离子质谱（Secondary Ion Mass Spectroscopy，SIMS）、辉光放电发射光谱（Glow Discharge Optical Emission Spectrometry，GDOES）俄歇电子能谱（Auger Electron Spectroscopy，AES）和X-射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS），溅射深度剖析技术快速发展，已成为获取薄膜材料中深度-成分浓度剖面的一种常规手段。由于溅射过程对材料本身的破坏性、不稳定性以及探测成分浓度技术的局限，目前任何一种深度剖析技术所获得的测量剖面都会偏离于原始真实的深度剖面，不可避免地导致剖面失真。迄今只有极少数的深度剖析实验能够达到若干个分子层量级的深度分辨率。为深度剖析技术进一步发展提供指导性的建议，以及更好地利用该技术对薄膜材料进行准确的定量分析与表征，深度剖析定量分析应运而生。深度剖析定量分析的本质在于对测量深度剖面各种失真因素的定量表征。在此基础上，实现对测量深度剖面的合理重建。深度剖析定量分析的发展是人们对深度剖析过程深入理解的要求，同时也伴随着定量分析模型的建立、发展和成熟。 本学位论文一方面通过对溅射深度剖析中不同失真因素的研究，根据所采用深度剖析技术的特点和所研究材料特性的不同，致力于已广泛应用于溅射深度剖析定量分析的Mixing-Roughness-Information（MRI）模型的进一步发展，力图建立一个应用更为广泛、更为完善的深度剖析定量分析模型；另一方面基于MRI模型的定量分析，对测量深度剖面的模拟或重建，将模型的应用开拓到更为广阔的研究领域。 本学位论文从综述深度剖析技术及其定量分析开始（第一章）。接着对深度剖析定量分析的MRI模型进行介绍和拓展：引入了粗糙度的非对称性和近表层区域非稳态的溅射速率（第二章）。然后阐述了建立MRI模型解析函数的理论突破，并比较了MRI模型数值计算和解析计算的优劣和互补性，指出了SIMS标准函数所存在的缺陷（第三章）。基于成熟的MRI模型理论，将依赖于多元素成分的溅射速率引入到模型考虑中，实现了对纳米尺度的硫脲有机单分子各元素的GODES深度剖面的多剖面重建，所确定的深度分辨率高至0.5 nm（第四章）；将CRAter Simulation（CRAS）模型中的坑道效应（常见于GDOES的深度剖析）引入到MRI模型中，建立了MRI-CRAS模型，实现了对GDOES测量深度剖面的完整分析（第五章）；利用MRI-CRAS模型定量分析了镍涂层/铜衬底的GODES深度剖面的实验数据，确定了涂层与衬底间的界面粗糙度（第六章）。为了实现利用深度剖析技术对薄膜内非静水应力致扩散的深度剖面测量，利用Larche-Cahn-Chakraborty（LCC）模型模拟了不同双轴非静水应力下，薄膜内不同的应力致扩散深度剖面，并解释了其中的特点和内在规律（第七章）。在此基础上，利用MRI模型模拟深度剖析过程，阐述了通过深度剖析技术对应力致扩散现象进行定性或定量测量的可能性（第八章）。