【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊，在透射電鏡精確表征納米薄膜研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊提出了樣品沿 β 方向傾轉(zhuǎn)后測量薄膜厚度的計算公式。并給出了TEM精確表征納米薄膜結(jié)構(gòu)的方法。相關(guān)成果以“樣品傾轉(zhuǎn)角度對透射電鏡表征納米薄膜的影響”為題發(fā)表于《光學(xué)學(xué)報》。
 

　　Mo/Si 多層膜可以用來提高光學(xué)器件的反射率，周期厚度接近 7. 0 nm，近原子精度的膜層厚度誤差都會導(dǎo)致反射光譜的峰值波長偏移。因此，準(zhǔn)確表征 Mo/Si 多層膜薄膜厚度對于工藝迭代和分析來說具有重要的作用。然而，在 透射電鏡(TEM)表征時若不關(guān)注 Si 基底的晶向或采用熔石英等非晶基底材料，則難以保證樣品截面相對電子束是恰好垂直的，那么三維立體樣品的二維投影成像就會產(chǎn)生偽影，造成的測量誤差是未知的。
 

　　研究團(tuán)隊以沉積在 Si [100]基底的 Mo/Si 多層膜為例，通過透射電鏡(TEM)測量了多層膜在不同傾轉(zhuǎn)角度下的膜層結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：樣品沿 α 方向傾轉(zhuǎn)時，Mo 層和 Si層的測量厚度幾乎沒有變化，但界面粗糙度增大，這是由于旋轉(zhuǎn)時薄膜的厚度方向始終與電子束垂直，而電子束穿過的 TEM 樣品厚度 Z 增大；樣品沿 β 方向傾轉(zhuǎn)時，由于傾轉(zhuǎn)時樣品截面與電子束不垂直，造成偽影嚴(yán)重，無法區(qū)分 Mo 層和 Si 層。提出了樣品沿 β 方向傾轉(zhuǎn)后測量薄膜厚度的計算公式。并給出了TEM精確表征納米薄膜結(jié)構(gòu)的方法：從制樣開始沿特定方向[1-1 0]切割 Si wafer，再從[110]晶帶軸觀察樣品，這樣就可以保證 Si wafer 和薄膜的截面都恰好與電子束垂直。在 TEM 樣品較薄的區(qū)域拍照分析。該技術(shù)一定程度上提高了TEM表征納米薄膜結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，對于光學(xué)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)影響其性能的研究具有重要的意義。該技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)一步指導(dǎo)光學(xué)薄膜工藝改進(jìn)的方向，為光學(xué)薄膜的研發(fā)助力。
 

　　相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金項目的支持。
 

　　圖1 薄膜TEM截面樣品傾轉(zhuǎn)示意圖。(a)：雙傾桿傾轉(zhuǎn)示意圖；(b)：薄膜TEM截面樣品放置在樣品桿中的方向示意圖。

 

　　圖 2 相對誤差δ隨傾轉(zhuǎn)角度β變化的計算結(jié)果。(a)：Z=50nm，不同t0的薄膜；(b)：t0=5nm，不同Z的薄膜。