原子层沉积薄膜的椭偏仪模型研究

摘要

随着器件和材料尺寸不断降低，对微观尺度上的尺寸控制及成分控制提出了更高的要求，原子层沉积（Atomic layer deposition，ALD）可以实现纳米材料的尺寸控制和成分控制而被广泛应用于薄膜沉积，但同时对薄膜尺寸的表征也提出了更加严格的要求。本文采用椭偏仪对ALD薄膜进行了椭偏拟合研究。ALD薄膜生长及光学参数对其性能有较大影响，同时也影响椭偏模型的选取，针对原子层沉积薄膜的特性，我们采用相应的椭偏模型对其生长进行了分析，得到如下结果：
　　对于透明薄膜，本文主要采用柯西模型（Cauchy）和有效介质模型（Effective Medium Approximation，EMA）来进行椭偏拟合。原子层沉积氧化铝薄膜的拟合结果显示两种模型均能很好的描述氧化铝薄膜的线性生长。在拟合氧化铝薄膜早期形核方面，有效介质模型在拟合准确度及拟合波段选择方面均优于柯西模型。
　　对于原子层沉积氧化钴这类半吸收薄膜，选取的模型为柯西模型和通用振子（General Oscillator,GO）模型。首先在透明波段使用柯西模型拟合出薄膜厚度，再固定厚度值通过GO模型反推出氧化钴光学参数。柯西模型能很好的描述氧化钴薄膜的线性生长，而通用振子模型拟合出的薄膜带隙与文献报道一致。
　　对于原子层沉积钯（ALD Pd）这一类吸收性薄膜，采用的模型是通用振子模型和有效介质模型。首先采用通用振子模型获取了适用于 ALD Pd薄膜的光学方程GO-Pd，然后将其应用到有效介质模型（MG-EMA/GO）中。对于在硅基底上生长的ALD Pd薄膜，ALD沉积早期阶段存在成核过程，生长速度较慢，随着生长循环次数的增加，颗粒会聚集在一起，逐渐接近成膜状态，MG-EMA/GO模型能很好拟合这一状态。但是在薄膜生长早期（200-300循环），Pd颗粒没有均匀分布，MG-EMA/GO模型拟合结果不理想。基于此点，本文研究了在自组装单分子膜（SAMs）上均匀分布的Pd贵金属薄膜，拟合出结果显示Pd覆盖率和电镜图能很好的匹配，这也验证了本文所用椭偏模型的准确性。

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1 绪论

1.1 课题的来源意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标及研究方法

1.4 研究内容及关键参数

2 椭偏仪研究原子层沉积背景及常用模型介绍

2.1 原子层沉积薄膜的制备

2.2 原子层沉积薄膜的实验表征

2.3 椭偏仪测量原理及数据采集

2.4 椭偏仪数据分析

2.5 椭偏仪数据拟合常用模型

3 金属氧化物及有机薄膜椭偏仪研究

3.1 原子层沉积氧化铝薄膜的椭偏模型研究

3.2 自组装单分子膜SAMs的椭偏模型研究

3.3 原子层沉积氧化钴薄膜的椭偏模型研究

3.4 本章小节

4 原子层沉积钯薄膜的椭偏模型研究

4.1 原子层沉积钯薄膜的制备及电阻率测试

4.2 GO-Pd模型研究ALD Pd （Si基底）原位生长

4.3 MG-EMA/GO模型研究ALD Pd （Si基底）离线生长

4.4 MG-EMA/GO模型研究ALD Pd （SAMs基底）离线生长

4.5 本章小结

5 全文总结

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文