擇優(yōu)濺射對深度剖析譜和深度分辨率的影響

　　擇優(yōu)濺射是深度剖析實(shí)驗中導致所測量元素的成分分布偏離實(shí)際的一個(gè)重要因素。

　　本文首先在廣泛應用于濺射深度剖析定量分析的MRI 模型基礎上，引入了一個(gè)描述擇優(yōu)濺射效應的參數，推導出了這個(gè)參數對所測量的深度剖面引起改變的一個(gè)解析式，并定量地模擬了擇優(yōu)濺射效應在深度剖析中對深度剖面形狀和深度分辨率的影響。

　　最后，應用拓展的MRI 模型，定量分析了Ar+ 和N2+ 濺射N(xiāo)i/Cr 多層膜所得到的AES 深度剖析數據，比較了相應的擇優(yōu)濺射比率和深度分辨率。

　　濺射深度剖析技術(shù)作為一種將離子濺射與表面元素成分表征相結合的復合技術(shù)，廣泛應用于薄膜材料的成分分布表征以及深度剖析技術(shù)的自身研究。按對材料表層的元素成分測量的不同，濺射深度剖析分為兩類(lèi)，一類(lèi)是分析濺射出來(lái)的元素成分，如二次離子質(zhì)譜(Secondary Ion Mass Spectroscopy; SIMS) 、輝光放電光發(fā)射譜(Glow Discharge Optical Emission Spectrometry; GDOES) 等;另一類(lèi)是分析濺射后材料表面的元素成分，如俄歇電子能譜(Auger Electron Spectroscopy; AES)[5]、X- 射線(xiàn)光電子能譜(X- ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)等。由于濺射同信號測量過(guò)程導致了測量所得到的元素成分分布偏離原始(真實(shí))情況，濺射深度剖析定量分析應運而生，其目的是恢復原始的成分分布情況，表征其中的失真因素。S. Hofmann教授所提出的MRI(Mixing- Roughness- Information)模型已廣泛地應用于不同深度剖析技術(shù)的定量分析中。在MRI 模型中，濺射深度同濺射時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系;而對于某些情況(因濺射材料和濺射離子而異)，擇優(yōu)濺射將嚴重破壞上述的線(xiàn)性關(guān)系。本文將描述擇優(yōu)濺射效應納入到MRI 模型中，模擬計算擇優(yōu)濺射效應的影響，并應用于Ni/Cr 多層膜的AES 深度剖析定量分析中。

　　本文從理論上推導了擇優(yōu)濺射效應連同原子混合效應下，濺射深度剖面失真的解析表達，模擬計算了擇優(yōu)濺射效應下，單層膜和多層膜相應的剖面失真情況。擇優(yōu)濺射效應可能顯著(zhù)導致濺射深度同濺射時(shí)間的非線(xiàn)性關(guān)系;另一方面導致不同于原子混合效應的拖尾失真特征，因濺射速率比率的不同可能優(yōu)化或劣化深度分辨率。在此基礎上，將以濺射速率比率r 為表征參量的擇優(yōu)濺射效應引入到MRI 模型中，將拓展后的MRI模型應用于深度分辨率的確定和采用不同離子(Ar+ 和N2+)濺射所獲得的Ni/Cr 多層膜的AES 深度剖析譜的定量分析中。在Ni/Cr 濺射深度剖析實(shí)例中，MRI 拓展模型很好地擬合了相應的深度譜，并進(jìn)一步確定了深度分辨率隨濺射深度的變化情況，以及相應的濺射速率比率r(Cr/Ni)=0.9(Ar+ 濺射)和0.4(N2+ 濺射)。