[发明专利]一种NiFe或FeMn薄膜表面氧化层厚度的分析方法

摘要

一种NiFe或FeMn薄膜表面氧化层厚度的分析方法，属于薄膜厚度分析检测技术领域。首先，对待测薄膜进行ARXPS测试；然后，采用单值分解法和调整法相结合，对Ni、Fe、Mn单质及其氧化物的参数进行拟合，如峰位、半峰宽等；根据角分辨XPS与表面层状结构分析的基本原理和测试方法，在一定误差范围内，得出约化厚度d/λ；最后，确定其非弹性散射平均自由程λ，进而得到氧化层厚度d。本发明方法简单，对设备要求不高，能非破坏性地测量极薄氧化层的厚度，并结合磁性能研究确定薄膜的钉扎临界厚度；同时，与现有方法相比，本发明方法的拟合标准偏差明显下降，标准偏差从现有技术10.25～22.76下降到1.05～4.59。

主权项

1.一种NiFe或FeMn薄膜表面氧化层厚度的分析方法，具体包括以下步骤：步骤1、分别对NiFe或FeMn薄膜进行ARXPS测试，其中，选取的掠射角为20°、35°、45°、60°、75°和90°，分别得到NiFe薄膜中Ni、Fe，以及FeMn薄膜中Fe、Mn在不同掠射角下的窄谱图；步骤2、定量分析：对于NiFe薄膜中的Ni元素，选取“Ni 2p3/2”、“NiO sate‑1”、“NiO 2p3/2”、“NiO sate‑2”和“Ni sate”五个化学状态，并根据谱图选取在不同掠射角下，Ni元素不同化学状态的电子结合能和半峰宽参数；其中，在“Ni 2p3/2”化学状态下的电子结合能为852.1eV、半峰宽为1.20～1.30，“NiO sate‑1”化学状态下的电子结合能为855.50±0.1eV、半峰宽为2.90～3.00，“NiO 2p3/2”化学状态下的电子结合能为853.30eV、半峰宽为2.74～2.84，“NiO sate‑2”化学状态下的电子结合能为860.86±0.1eV、半峰宽为3.03～30.23，“Ni sate”化学状态下的电子结合能为858.00eV、半峰宽为1.58～1.68；对于NiFe薄膜中的Fe元素，选取“Fe 2p3/2”、“Fe 2p1/2”、“Fe₂O₃ 2p3/2”、“Fe₂O₃ 2p1/2”和“Fe₂O₃ sate”五个化学状态，并根据谱图选取在不同掠射角下，Fe元素不同化学状态的电子结合能和半峰宽参数；其中，在“Fe 2p3/2”化学状态下的电子结合能为706.75eV、半峰宽为2.25～2.35，“Fe 2p1/2”化学状态下的电子结合能为719.95eV、半峰宽为3.00～3.10，“Fe₂O₃ 2p3/2”化学状态下的电子结合能为710.70eV、半峰宽为4.40～4.50，“Fe₂O₃ 2p1/2”化学状态下的电子结合能为724.30eV、半峰宽为5.90～6.00，“Fe₂O₃ sate”化学状态下的电子结合能为719.80eV、半峰宽为6.40～6.50；FeMn薄膜的定量分析：对于FeMn薄膜中的Fe元素，选取“Fe 2p3/2”、“Fe 2p1/2”、“Fe₂O₃ 2p3/2”、“Fe₂O₃ 2p1/2”和“Fe₂O₃ sate”五个化学状态，并根据谱图选取在不同掠射角下，Fe元素不同化学状态的电子结合能和半峰宽参数；其中，在“Fe 2p3/2”化学状态下的电子结合能为706.75eV、半峰宽为2.25，“Fe 2p1/2”化学状态下的电子结合能为719.95eV、半峰宽为3.10，“Fe₂O₃ 2p3/2”化学状态下的电子结合能为710.70eV、半峰宽为4.40，“Fe₂O₃ 2p1/2”化学状态下的电子结合能为724.30eV、半峰宽为5.90，“Fe₂O₃ sate”化学状态下的电子结合能为719.80eV、半峰宽为6.50；对于FeMn薄膜中的Mn元素，选取“Mn 2p3/2”、“Mn 2p1/2”、“MnO₂ 2p3/2”、“MnO₂ 2p1/2”和“MnO₂ sate”五个化学状态，并根据谱图选取在不同掠射角下，Mn元素不同化学状态的电子结合能和半峰宽参数；其中，在“Mn 2p3/2”化学状态下的电子结合能为638.80eV、半峰宽为2.50，“Mn 2p1/2”化学状态下的电子结合能为650.05eV、半峰宽为4.10，“MnO₂ 2p3/2”化学状态下的电子结合能为641.80eV、半峰宽为3.20，“MnO₂ 2p1/2”化学状态下的电子结合能为653.50eV、半峰宽为3.70，“MnO₂ sate”化学状态下的电子结合能为646.40eV、半峰宽为2.80；步骤3、针对NiFe薄膜中的Ni、Fe元素，FeMn薄膜中Fe、Mn元素，以为x轴，为y轴，得到拟合曲线，其中，为掠射角，R＝I_o/I_s，R_∞＝I_o,∞/I_s,∞，I_o，I_s分别为厚度为d的氧化层和待测样品的底材的光电子峰强度，I_o,∞，I_s,∞分别为无限厚的氧化层和底材的光电子峰强度；然后，采用最小二乘法拟合求出斜率，进而得到氧化层的厚度d。