一種精確測量超薄四面非晶體碳膜膜厚的方法
【專利摘要】本發明涉及一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，該方法包括以下步驟：（1）將石英片背面處理成粗糙面，并測量該襯底的光學常數；（2）在石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規方法制備膜厚小于50nm的超薄ta?C膜；（3）測量超薄ta?C膜的透過率T；（4）測量超薄ta?C 膜的橢偏參數 j 與 Δ；（5）將透過率T經數據格式轉換后，導入橢偏儀，并與橢偏參數 j 及 Δ進行擬合；（6）以硅襯底層、超薄ta?C膜層及表面粗糙層構建數學物理模型，并通過Wvase32擬合軟件獲得超薄ta?C膜的膜厚即可。本發明可以快速、方便、準確的測量超薄ta?C 碳膜，提高表征精度，制備簡單。
【專利說明】
一種精確測量超薄四面非晶體碳膜膜厚的方法
技術領域
[0001]本發明涉及材料表征技術領域，尤其涉及一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法。
【背景技術】
[0002]四面體非晶碳膜具有高硬度、光滑、低摩擦系數、良好的光學特性等優點，在微電子器件、汽車發動機、薄膜太陽能電池等方面具有廣闊的應用前景。特別是作為一種保護涂層已被廣泛應用于磁存儲器件。為了滿足磁存儲密度迅速提高的要求，必須減小讀寫磁頭和磁盤間的距離，有效的辦法是減小保護涂層的厚度；同時，隨著各種微電器器件微型化、小型化的發展趨勢，需要一種只有幾十到幾個納米厚度且滿足各種器件要求的保護涂層。在實際研究中，能夠快速、方便、準確表征超薄ta-C膜膜厚的方法較少，且精確表征較為困難。因此，針對不同的應用需求，如何方便、快速、準確的測量超薄ta-C膜的膜厚，進而深入研究薄膜的微觀特性和力學特性，已經成為限制超薄ta-C膜研究和應用的關鍵。
[0003]目前，測量超薄ta-C碳膜膜厚的方法主要有AFM(原子力顯微鏡)、XRR(X射線反射)、橢偏法等。這些方法在測定薄膜厚度方面都具有各自的優點，但作為精確測量超薄50nm)四面體非晶碳膜膜厚的方法都存在不足。AFM可以準確測得超薄薄膜厚度，但測量速度慢、且容易損傷樣品。XRR法需要建立光譜模型，且光學常數未知，擬合過程較為復雜。傳統上僅利用橢偏儀測量薄膜厚度，由于需要對材料本身性質非常了解，再根據材料性質選擇模型經過擬合得到結果，因此測量準確性較差，不適合超薄(<50nm)薄膜厚度測量，特別是對于在一些波段區域不透明的薄膜材料，更不適合。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種可以快速、方便、準確的測量超薄ta-C碳膜，提高表征精度，制備簡單的精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚方法。
[0005]為解決上述問題，本發明所述的一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將石英片背面用噴砂機噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用橢偏儀測量該襯底的光學常數；
(2)在所述步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規方法制備膜厚小于50nm的超薄ta-C膜；
(3)利用分光光度計測量所述超薄ta-C膜的透過率T;
(4)啟動橢偏儀，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺上，測量超薄ta-C膜的橢偏參數j與Δ ;
(5)將所述透過率T經數據格式轉換后，導入所述橢偏儀，并與所述橢偏參數j及Δ進行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質近似理論處理的表面粗糙層構建數學物理模型，并通過WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚即可。
[0006]所述步驟(I)中石英片的尺寸為4cm X 4cm。
[0007]所述步驟(I)中橢偏儀的工作參數是指波長為190?1700nm，掃描步長為lnm。
[0008]所述步驟(I)中光學常數是指折射率和消光系數。
[0009]所述步驟(4)中橢偏儀的測量參數設在波長為250?1700nm，光線入射角分別選擇55。、60。、65。ο
[0010]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
(I)對樣品無特殊要求，樣品制備相對簡單；
(2 )測量過程簡單、方便、快速，且對樣品無損；
(3 )該方法擬合得到的不同膜厚的超薄ta-C膜厚度與原子力顯微鏡AFM、X射線反射XRR法測量相比具有更高的超薄ta-C碳膜膜厚表征準確度。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0012]圖1是本發明通過不同方法測量超薄ta-C碳膜膜厚的比較圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
[0014]實施例1一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長為190?1700nm，掃描步長為Inm的橢偏儀測量該襯底的折射率和消光系數；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規方法沉積4min，開始制備超薄ta_C膜；
(3)利用分光光度計測量超薄ta-C膜的透過率T;
(4)啟動橢偏儀，設定工作參數的波長為250-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺上，測量超薄ta-C膜的橢偏參數j與Δ;
(5)將透過率T經數據格式轉換后，導入橢偏儀，并與橢偏參數j及△進行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質近似理論處理的表面粗糙層構建數學物理模型，并通過WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為7.6nm。
[0015]實施例2—種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長為190?1700nm，掃描步長為Inm的橢偏儀測量該襯底的折射率和消光系數；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規方法沉積I Om i η，開始制備超薄ta_C膜； (3)利用分光光度計測量超薄ta-C膜的透過率T;
(4)啟動橢偏儀，設定工作參數的波長為250-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺上，測量超薄ta-C膜的橢偏參數Y與Δ;
(5)將透過率T經數據格式轉換后，導入橢偏儀，并與橢偏參數Y及△進行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質近似理論處理的表面粗糙層構建數學物理模型，并通過WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為17.5nm。
[0016]實施例3—種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長為190?1700nm，掃描步長為Inm的橢偏儀測量該襯底的折射率和消光系數；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規方法沉積15m i η，開始制備超薄ta_C膜；
(3)利用分光光度計測量超薄ta-C膜的透過率T;
(4)啟動橢偏儀，設定工作參數的波長為250-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺上，測量超薄ta-C膜的橢偏參數Y與Δ;
(5)將透過率T經數據格式轉換后，導入橢偏儀，并與橢偏參數Y及△進行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質近似理論處理的表面粗糙層構建數學物理模型，并通過WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為24nm。
[0017]實施例4一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長為190?1700nm，掃描步長為Inm的橢偏儀測量該襯底的折射率和消光系數；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規方法沉積4min，開始制備超薄ta_C膜；
(3)利用分光光度計測量超薄ta-C膜的透過率T;
(4)啟動橢偏儀，設定工作參數的波長為190-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺上，測量超薄ta-C膜的橢偏參數Y與Δ;
(5)將透過率T經數據格式轉換后，導入橢偏儀，并與橢偏參數Y及△進行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質近似理論處理的表面粗糙層構建數學物理模型，并通過WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為I Onm。
[0018]實施例5—種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長為190?1700nm，掃描步長為Inm的橢偏儀測量該襯底的折射率和消光系數；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規方法沉積I Om i η，開始制備膜超薄ta_C膜； (3)利用分光光度計測量超薄ta-C膜的透過率T;
(4)啟動橢偏儀，設定工作參數的波長為190-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺上，測量超薄ta-C膜的橢偏參數Y與Δ;
(5)將透過率T經數據格式轉換后，導入橢偏儀，并與橢偏參數Y及△進行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質近似理論處理的表面粗糙層構建數學物理模型，并通過WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為21 nm。
[0019]實施例6 —種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長為190?1700nm，掃描步長為Inm的橢偏儀測量該襯底的折射率和消光系數；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規方法沉積15m i η，開始制備超薄ta_C膜；
(3)利用分光光度計測量超薄ta-C膜的透過率T;
(4)啟動橢偏儀，設定工作參數的波長為190-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺上，測量超薄ta-C膜的橢偏參數Y與Δ;
(5)將透過率T經數據格式轉換后，導入橢偏儀，并與橢偏參數Y及△進行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質近似理論處理的表面粗糙層構建數學物理模型，并通過WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為28.lnm。
【主權項】
1.一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟: (1)將石英片背面用噴砂機噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用橢偏儀測量該襯底的光學常數； (2)在所述步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規方法制備膜厚小于50nm的超薄ta-C膜； (3)利用分光光度計測量所述超薄ta-C膜的透過率T; (4)啟動橢偏儀，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺上，測量超薄ta-C膜的橢偏參數j與Δ ; (5)將所述透過率T經數據格式轉換后，導入所述橢偏儀，并與所述橢偏參數j及Δ進行擬合； (6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質近似理論處理的表面粗糙層構建數學物理模型，并通過WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚即可。2.如權利要求1所述的一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，其特征在于:所述步驟(I)中石英片的尺寸為4cm X 4cm。3.如權利要求1所述的一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，其特征在于:所述步驟(I)中橢偏儀的工作參數是指波長為190?1700nm，掃描步長為Inm04.如權利要求1所述的一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，其特征在于:所述步驟(I)中光學常數是指折射率和消光系數。5.如權利要求1所述的一種精確測量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，其特征在于:所述步驟(4)中橢偏儀的測量參數設在波長為250?1700nm，光線入射角分別選擇55°、60°、65。。
【文檔編號】G01B11/06GK105928461SQ201610252829
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】許世鵬, 薛仰全, 李玉宏, 陳維鉛, 林莉
【申請人】酒泉職業技術學院