[发明专利]无损、快速、准确表征四面体非晶碳薄膜键态结构的方法

摘要

本发明公开了一种无损、快速、准确表征ta-C膜键态结构的方法。首先，在石英或硅衬底上制备ta-C薄膜，然后利用紫外/可见/近红外分光光度计与光谱型椭偏仪分别测量ta-C薄膜的透射率T与椭偏参数Ψ和Δ，再以该参数为拟合参数，通过建立衬底层、ta-C薄膜层以及表面粗糙层的数学物理模型求解ta-C薄膜厚度df、折射率nf及消光系数kf，最后分别确定具有纯sp2C、纯sp3C键态的材料的光学常数，在EMA近似下采用Bruggeman算法拟合，即得到ta-C薄膜中化学键sp3/sp2的含量。与现有的表征方法相比，本发明具有对样品要求低、表征过程快速简单易行，对样品无损坏，以及表征精度与准确性较高的优点，具有良好的推广应用价值。

主权项

一种无损、快速、准确表征四面体非晶碳薄膜键态结构的方法，其特征是：首先，在石英或硅衬底上制备ta‑C薄膜，制备完毕后利用紫外/可见/近红外分光光度计测量垂直入射时ta‑C薄膜的透射率T；然后，采用光谱型椭偏仪，通过可变入射角椭偏光谱法进行键态结构的表征，具体包括如下步骤：步骤1：启动光谱型椭偏仪，将表面为ta‑C薄膜的衬底加载在样品台上；步骤2：设定测量参数，对ta‑C薄膜进行光学测量，得到椭偏参数Ψ和Δ；步骤3：将ta‑C薄膜透射率T与步骤2得到的椭偏参数Ψ和Δ同时设定为拟合参数，建立衬底层、ta‑C薄膜层以及表面粗糙层的数学物理模型，通过拟合软件数学求解得到ta‑C薄膜的厚度df、折射率nf及消光系数kf；步骤4：固定ta‑C薄膜的厚度不变，采用单层模型，将ta‑C薄膜的键态结构组成近似为fsp2+fsp3+fvoid＝1，其中，fsp2、fsp3、fvoid分别代表sp2C、sp3C以及缺陷空隙的键态归一化含量；确定具有纯sp2C键态的材料的光学常数，确定具有纯sp3C键态的材料的光学常数，在EMA近似下，通过采用Bruggeman算法拟合，即得到ta‑C薄膜中化学键sp3与sp2的含量。