文档介绍：2 2 2
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第卷第期物理实验
28 4 Vol. 28 No. 4
2008 年 4 月 P H YSICS EXPERIM EN TA TION Apr. ,2008
2 2 X2射2 线透射法测量膜厚
王轲,陶小平,孙晴,张增明,孙腊珍
(中国科学技术大学理学院,安徽合肥 230026)
摘要:薄膜厚度不仅与薄膜的电导率有关,而且与薄膜的光学性能甚至表面结构密切相关. 薄膜厚度的测量精确
有助于研究薄膜的物理性能. 本文利用 X 射线在材料中传播的特征设计了大学物理实验室测量薄膜厚度的方法.
关键词:膜厚;X 射线;透射
中图分类号:O484. 5 文献标识码:A 文章编号:1005 4642 (2008) 04 0044 03
图 2 是测量原理图. 设衬底厚度为 D , 膜厚
1 引言
为 d ,膜材吸收系数为α,衬底吸收系数为β,则有
αβ
薄膜在现代工业中的应用越来越广泛,研究θ d D
I ( ) = I0 exp - θ+ θ,
人员对薄膜物理性能的测定也越来越感兴趣. 现 sin sin
在最普遍的测量膜厚的方法有 2 种:称重法和干即
I 1
涉法. 以上 2 种方法的测量范围都有很大的局限 ln = - (αd +βD) . (1)
I 0 sinθ
性,而且精度都不高. 本文将引入 X 射线透射法
测量薄膜厚度. 该方法不仅可以测量任意位置任
意厚度的薄膜,而且可以从一定程度上提高测量
的精确度.
2 实验
使用德国莱宝公司生产的 X 射线仪,其靶台
与接收器的角度定位精度皆可以达到 0. 05°以
下[1 ] . 测量参量为高压 35 kV ,电流为 1 mA. X
图 2 测量原理图
射线源为 Mo ,经 Zr 滤波后,射线的单色性比较
理想[ 2 ] 图为测量装置示意图测量时将薄膜放
, 1 , I 1
测量时,令θ扫过一定角度,作 ln 曲
在靶台上,使靶台倾斜一定角度θ, X 射线发生器 I 0 sinθ
发出的 X 光经薄膜透射到接收器上. 线,可以得到αd +βD 的值,α和β都是常量(可以
对不同的材料预先测好,测膜厚时直接查表,但本
文将通过实验结果给出 Al 和 SiO2 的吸收系数α
和β) ,而用游标卡尺可以直接准确测量 D. 这样
就很容易得到 d 值.
值得指出的是, 看似 d 比 D 小近 4 个量级,
几乎不可能直接从总厚度中精确地分离出 d. 事
图 1 装置示意图
实上α比β大近 3~4 个量级,使得αd 和βD 处于
同一量级,从而可以实验测定 d 值. 不难看出,该
收稿日期:2007 08 02 ;修改日期:2007 11 16
基金项目:国家基础科学人才培养基金(No. J0630319)
作者简介:王轲(1985 - ) ,男,四川成都人,中国科学技术大学理学院本科生.
指导教师:孙晴(1971 - ) ,女,湖北襄樊人,中国科学技术大学理学院工程师,主要从事大学物理实验教学工作.
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第 4 期王轲,等:X 射线透射法测量膜厚 54
实验方法要求膜材为金属等具有较高吸收系数的 I 1 I
测量在< 处进行