Mo/Si多層膜的周期厚度約7.0nm,可用來提高光學器件的反射率。近原子精度的膜層厚度誤差會導致反射光譜的峰值波長偏移,因而準確表征Mo/Si多層膜薄膜厚度對工藝迭代和分析具有重要作用。在透射電鏡(TEM)表征時,需關注Si基底的晶向,或采用熔石英等非晶基底材料,以保證樣品截面相對電子束垂直,否則三維立體樣品的二維投影成像會產生偽影,造成測量誤差。???

近期,中國科學院上海光學精密機械研究所研究團隊,在透射電鏡精確表征納米薄膜研究方面取得進展。研究團隊提出了樣品沿β方向傾轉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構的方法。

團隊以沉積在Si[100]基底的Mo/Si多層膜為例,通過TEM測量了多層膜在不同傾轉角度下的膜層結構。結果表明,樣品沿α方向傾轉時,因薄膜厚度方向始終與電子束垂直,電子束穿過的TEM樣品厚度增大,因而Mo層和Si層的測量厚度幾乎沒有變化,但界面粗糙度增大;樣品沿β方向傾轉時,因樣品截面與電子束不垂直,導致偽影嚴重,難以區(qū)分Mo層和Si層。進一步,團隊提出了樣品沿β方向傾轉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構的方法,即從制樣開始,沿特定方向[1-10]切割Si wafer,再從[110]晶帶軸觀察樣品,可保證Si wafer和薄膜截面均與電子束垂直,并在TEM樣品較薄的區(qū)域拍照分析。

該技術一定程度上提高了TEM表征納米薄膜結構的準確性,對光學薄膜微觀結構影響及其性能研究具有重要意義。同時,該技術的進一步應用可指導光學薄膜工藝改進方向,助力光學薄膜研發(fā)。

相關研究成果發(fā)表在《光學學報》上。研究工作得到國家自然科學基金委員會的支持。

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薄膜TEM截面樣品傾轉示意圖

相對誤差δ隨傾轉角度β變化的計算結果