一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，该表征方法是通过二次离子质谱仪探测器收集包含了界面两侧薄膜中特征元素组成的原子团簇型离子，分析该原子团簇型离子的信号，利用其峰值位置确定样品界面位置。所述原子团簇型离子能与待测的元素离子或待测的原子团簇型离子一起测试或分别测试，通过数据处理比对后实现对该信号的界面定位。本发明专利技术在利用二次离子质谱表征薄膜材料时，在不增加测试原材料损耗与仪器运行成本的条件下，无需数据拟合，仅使用实验数据即可直接标定待测样品中多层膜的界面位置，提高表征精度，提高测试效率。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法
本专利技术涉及薄膜材料的测试分析
，尤其是涉及一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法。
技术介绍
薄膜材料因优越的光学、力学、电磁学等性能在信息技术、生命科学、能源环境、军事国防等方面得到日益广泛应用,而薄膜产业的日趋壮大又刺激了薄膜技术和薄膜材料的蓬勃发展。其中界面是薄膜材料中非常重要的部分，界面可能有着和体材料完全不同的结构和电子学、力学性质，深深地影响着材料的性能。因此，随着薄膜材料的快速发展，在薄膜材料的研究中，对材料以及材料界面的表征要求也越来越高，而二次离子质谱作为一种非常重要的分析表征仪器对薄膜材料的测试分析具有重大意义。二次离子质谱是最为前沿的表面及近表面材料成分表征分析工具之一，通过具有一定能量的一次离子轰击样品的表面，引起样品表面的原子、分子和原子团的发射，即二次粒子，这些二次粒子主要为中性，也有一部分带电荷，即为二次离子，通过对二次离子的加速及质量分离、探测，从而得到二次离子质谱，实现对表面成分的分析。二次离子质谱可以实现百万分之一甚至亿万分之一的微量掺杂的分析，是最灵敏的痕量元素分析工具，也可以对薄膜材料的结构进行表征。二次离子质谱一个非常重要的功能是深度剖析谱，可以得到待测元素浓度随着样品深度变化的情况，同时可以通过样品基体材料信号的变化确定样品中不同薄膜的界面位置，一般是把基体材料信号强度变化的50%的位置作为界面的位置，但是由于基体效应，在薄膜材料的表征中，不同成分的薄膜层中，同一元素的二次离子产额差异非常大，导致了表征的困难，特别是在多层膜界面的位置，多层膜界面两侧的材料引起离子产额的变化可能是一个甚至几个数量级的，因而导致数据强度的明显偏移，引起利用传统方法表征的二次离子质谱数据中薄膜界面位置的明显偏差,造成界面附近元素分布、扩散分析的困难以及不同程序测试数据对比分析的困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，本专利技术是利用二次离子质谱仪探测器收集包含了多层膜界面两侧薄膜中特征元素组成的原子团簇型离子，利用该原子团簇型离子仅仅能在多层膜界面位置出现的特征，分析该原子团簇型离子信号，利用该原子团簇型离子信号的峰值位置确定样品界面的位置，以解决二次离子质谱分析中多层膜界面位置分析困难的问题。本专利技术的目的是这样实现的：一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，特征是：利用二次离子质谱仪探测器收集包含了多层膜界面两侧薄膜中特征元素组成的原子团簇型离子，分析该原子团簇型离子的信号，利用该原子团簇型离子信号的峰值位置确定样品界面位置。可选的，所述原子团簇型离子由两种以上元素组成，多层膜界面两侧薄膜中各有至少一种特征元素。可选的，所述原子团簇型离子中含有的特征元素的原子个数至少为1。可选的，所述原子团簇型离子中含有非特征元素的原子，所述非特征元素的原子为多层膜界面两侧的共有元素原子或者一次离子束中的原子。可选的，所述原子团簇型离子能与待测元素离子或待测原子团簇型离子一起测试，从而通过所述团簇型离子信号的峰值位置实现对待测元素离子或待测原子团簇型离子信号中的界面位置的确定。可选的，所述原子团簇型离子能与待测元素离子或待测原子团簇型离子分别测试，通过数据处理比对后实现对待测元素离子或待测原子团簇型离子信号中界面位置的确定。可选的，所述原子团簇型离子中含有待测元素，从而实现对待测元素直接分析。可选的，所述一次离子源能为Cs+离子源、O2+离子源、Ga+离子源、Ar+离子源、C60+离子源或者其它能用于二次离子质谱的离子源。可选的，所述界面为AlN/Si界面、AlN/GaN界面、Ag/GaN界面、AlN/Al2O3界面等半导体-半导体界面、金属-金属界面、金属-半导体界面、金属-绝缘体界面、半导体-绝缘体界面，但不仅仅局限于此类界面。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在利用二次离子质谱表征薄膜材料时，在不增加测试原材料损耗与仪器运行成本的条件下，无需数据拟合，仅使用实验数据即可直接标定待测样品中多层膜的界面位置，提高表征精度，提高测试效率。附图说明图1为本专利技术实施例的操作流程图；图2为本专利技术实施例中利用AlSi-原子团簇型离子确定Si衬底和AlN薄膜界面位置的示意图，AlSi-原子团簇型离子信号的峰值位置标记为AlN薄膜与Si衬底之间的界面位置；图3为本专利技术实施例中利用AlSiN+原子团簇型离子确定Si衬底和AlN薄膜界面位置的示意图，AlSiN+原子团簇型离子信号的峰值位置标记为AlN薄膜与Si衬底之间的界面位置。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进一步说明。此外，本专利技术的附图均采用非常简化的非精准比例，仅用以方便、明晰的辅助说明本专利技术。实施例1：一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，如图1所示，具体步骤如下：1）利用二次离子质谱仪探测器分析Si衬底上生长的AlN薄膜样品，在测试时待测元素是Si和Al。在二次离子质谱对样品进行表征时，利用设计能量的Cs+离子轰击样品的表面，产生的二次粒子中有部分电离，为二次离子，通过设计的偏压提取其中的阴离子，进行分离和探测，如Al-离子和Si-离子，如图2所示。由于相对于Si基体材料，在Al基体材料上更能增强负离子的产生，从数据中可以看出Al-信号在靠近Si的位置明显降低，而Si-信号在靠近Al的位置会明显增强。如果用传统方法在SIMS数据中确定界面的位置，需要通过很复杂的数据处理，去除界面两侧材料的基体效应，而且不是一定可以完成的。而直接通过现有数据是无法确定界面位置的；2）采集Al-离子和Si-离子的同时，探测包含了界面两侧特征元素的原子团型离子，如AlSi-或AlSi2-；3）因为Al、Si两种元素仅在界面位置才会同时出现，利用AlSi-原子团型离子的信号确定AlN薄膜及Si衬底的界面位置，即AlSi-原子团型离子的峰值信号标记为AlN薄膜与Si衬底之间的界面位置。4）利用上一步确定的界面位置，结合探测到的Al-离子和Si-离子等，能够分析界面附近Si和Al或其他元素情况，如Ga、In、C、H、O等。实施例2：一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，如图1，具体步骤如下：1）利用二次离子质谱仪探测器分析Si衬底上生长的AlN薄膜样品，在测试时待测元素是Si和Al。在二次离子质谱对样品进行表征时，利用设计能量的Cs+离子轰击样品表面，产生的二次粒子中有部分电离，为二次离子，通过设计的偏压提取其中的阳离子，进行分离和探测，如CsAl+离子和Cs2Si+离子等，如图3所示。由于相对于Al基体材料，在Si基体材料更能增强负离子的产生，从数据中可以看出CsAl+信号在靠近Si的位置明显增强，而Cs2Si+信号在靠近Al的位置会明显减弱。如果用传统方法在SIMS数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，其特征在于：利用二次离子质谱仪探测器收集包含了多层膜界面两侧薄膜中特征元素组成的原子团簇型离子，分析该原子团簇型离子的信号，利用该原子团簇型离子信号的峰值位置确定样品界面位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，其特征在于：利用二次离子质谱仪探测器收集包含了多层膜界面两侧薄膜中特征元素组成的原子团簇型离子，分析该原子团簇型离子的信号，利用该原子团簇型离子信号的峰值位置确定样品界面位置。


2.根据权利要求1所述的适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，其特征在于：所述原子团簇型离子由两种以上元素组成，多层膜界面两侧薄膜中各有至少一种特征元素。


3.根据权利要求2所述的适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，其特征在于：所述原子团簇型离子中含有的特征元素的原子个数至少为1。


4.根据权利要求3所述的适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，其特征在于：所述原子团簇型离子中含有非特征元素的原子。


5.根据权利要求4所述的适用于二次离子质谱分析的多层膜界面位置表征方法，其特征在于：所述非特征元素的原子为多层膜界面两侧的共有元素原子或者一次离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘拴，张优政，张建立，李丹，杨小霞，
申请(专利权)人：南昌大学，南昌硅基半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36