[發明專利]用濺射深度剖析技術確定薄膜中元素成分深度分布的方法

有效

• 申請號: 201611042584.4
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106770620B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 王江涌;溫睦前;梁家偉;莊素娜
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: G01N27/68
• 分類號: G01N27/68
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭;張澤思

本發明涉及一種用濺射深度剖析技術確定薄膜中元素成分深度分布的方法，主要包括：(a)測量確定待測多層薄膜的膜厚；(b)對待測多層薄膜進行濺射深度剖析，獲得樣品信號強度?濺射時間關系的實驗數據；(c)信號強度得出元素i的總信號強度；(d)通過深度公式求出濺射深度?時間關系；(e)對深度公式求微分得到濺射速率?時間關系；(f)通過濃度公式得到濃度?時間關系；(g)將步驟(d)得到的濺射深度?時間關系和步驟(f)得到的濃度?時間關系結合，最終獲得元素的成分濃度?濺射深度關系。本發明通過質量守恒定律，消除豐度值對元素濃度的影響，并且推導出考慮每個同種元素的粒子產生的平均信號強度后元素新的濃度表達式。

技術領域

本發明屬于表面分析技術領域，尤其涉及一種用濺射深度剖析技術確定薄膜中元素成分深度分布的方法。

背景技術

濺射深度剖析已成為表面分析一種常規的檢測技術，被廣泛應用于半導體摻雜、涂層、特殊鋼鐵制造等工業領域的產品研發及質量控制，以及物理、化學、生物、先進材料等學術領域的基礎研究。而對于該技術，一個重要的環節就是將測量得到的信號強度-時間譜轉換成元素成分的濃度-深度譜，這也是濺射深度剖析技術最主要的目的，即直觀的反映出薄膜材料中的各元素成分的深度分布。

在已知薄膜厚度的條件下，將測量的濺射時間轉換成相應的濺射深度的方法已發展的非常成熟，但目前將測量的信號強度轉換成濃度普遍采用的方法，即“相對靈敏度因子”方法，還存在很大的局限性。

“相對靈敏度因子”方法對信號強度與濃度的轉換表達式為：

其中，C為元素濃度，I為元素的信號強度。

對于某些濺射儀器，比如輝光放電時間飛行質譜儀(GD-Tof-MS)，檢測的是某種元素同位素的信號強度，這樣就需要考慮到元素豐度的問題，因此，濃度表達式修正為：

其中I′_i為元素i某種同位素的信號強度，A_i為元素i的豐度值。

由“相對靈敏度因子”法濃度表達式可以看出，該方法得到的濃度只是某時刻t濺射儀器檢測到的某元素的信號強度與檢測到的所有元素信號強度的比值。對于輝光放電時間飛行質譜儀來說，探測得到的原始信號強度是某種元素同位素的強度，現有方法是將同位素的強度除以該元素的豐度值得到該元素的信號強度，而豐度值是不確定的，而將質譜測量的強度轉換成濃度時，需要對檢測到的同位素除以豐度值，而豐度值又是不確定的，導致濃度也不準確。

而且目前的濺射深度剖析儀器，均不能檢測到所有被濺射出來的粒子，檢測到的粒子數與濺射出的粒子數成一定的比例關系，比例系數定義為每個同種元素的粒子產生的平均信號強度k，并認為在同一條件下，對不同元素產生的平均信號強度k不同。在濺射深度剖析技術中，濃度是濺射出的某一種元素的粒子數與濺射出的總粒子數的比，而不是檢測到的粒子數之比，由于沒有考慮濺射儀器對不同元素的每個同種元素的粒子產生的平均信號強度的不同，而導致現有方法的不準確。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種用濺射深度剖析技術確定薄膜中元素成分深度分布的方法，解決現有技術沒有考慮濺射儀器對不同元素的每個同種元素的粒子產生的平均信號強度的不同、質譜測量的強度轉換成濃度時，需要對檢測到的同位素除以豐度值，而豐度值又是不確定的而導致得到的濃度不準確等問題。

為了實現上述的目的，采用如下的技術方案：

一種用濺射深度剖析技術確定薄膜中元素成分深度分布的方法，主要包括以下步驟：

(a)測量確定待測多層薄膜的膜厚；

(b)對待測多層薄膜進行濺射深度剖析，獲得樣品信號強度-濺射時間關系的實驗數據；