[发明专利]一种SiO2薄膜生长过程微结构演化的研究方法

权利要求书

1.一种SiO₂薄膜生长过程微结构演化的研究方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤S1：首先在超光滑表面的基底上制备SiO₂薄膜；

步骤S2：采用化学腐蚀的方法对SiO₂薄膜分层腐蚀，使用氢氟酸+氨水+丙三醇+乙二醇作为腐蚀化学溶液；

步骤S3：为了保证腐蚀溶液的均匀性，将腐蚀样品侧放在聚四氟乙烯托盘上，然后将其放入烧杯中在超声波清洗机中超声腐蚀；

步骤S4：通过控制不同的腐蚀时间t，从而得到不同物理厚度的薄膜；

步骤S5：使用椭圆偏振仪测量薄膜物理厚度；

步骤S6：对不同物理厚度的薄膜进行红外光谱透射率测量；

步骤S7：以透过率和反射率光谱为输入参数，依据介电常数模型，设定解析解n_f、k_f、d_f和误差δ的范围，得到初始值n_f、k_f、d_f，当评价函数MSE<δ时，输出n_f、k_f、d_f；如果MSE>δ,则将产生的新解n_f、k_f、d_f输入透过率和反射率光谱中重新计算；通过对红外光谱透射率反演计算出薄膜的介电常数ε(ω)，实部为ε_r(ω)，虚部为ε_i(ω)；

步骤S8：根据Barker的能量损耗函数理论，计算出薄膜在TO和LO两个模式下的能量损耗函数如下：

f_TO＝ε_i(ω)               (1)

fLO=Img(1/ϵ)=ϵi(ω)ϵr2(ω)+ϵi2(ω)---(2)]]>

f_TO和f_LO最大值对应的ω即为TO和LO模式的振动频率ω_TO和ω_LO；

步骤S9：SiO₂薄膜的短程有序微结构主要用Si-O-Si键角表征，不同的键角表征了[SiO₄]的连接方式；SiO₂在红外振动吸收区内振动模式有TO和LO两种，TO与LO振动频率与Si-O-Si键角的关系如下：

ωTO=[2m(αsin2θ2+βcos2θ2)]1/2---(3)]]>

ωLO=[2m(αsin2θ2+βcos2θ2+γ)]1/2---(4)]]>

γ=Z2ϵvϵ∞(2m+M)ρ---(5)]]>

在这里，m为氧原子质量，θ为[SiO₄]四面体相互连接的Si-O-Si键角，ε_∞为SiO₂的静介电常数，ε_v为真空绝对介电常数，Z是与氧伸缩运动相关的横向电荷，ρ为SiO₂的密度；α和β为与Si-O-Si键角无关的力学常数，与氧原子和硅原子的摇摆振动频率相关，表达式如下：

ωoxygen≈(2mβ)1/2---(6)]]>

ωsi≈(43M(α+2β))1/2---(7)]]>

步骤S10：根据公式(1)-公式(7)，分别计算出不同物理厚度的SiO₂薄膜键角和密度，由此可以逆向确定SiO₂薄膜的键角在薄膜生长过程的演化规律，通过键角确定[SiO₄]的连接方式，达到表征SiO₂薄膜微结构演化规律的目的。