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1、PbO薄膜性能的测试1.小角度XRR的测试1.1小角度XRR测试原理利用小角度X射线反射可精确测定薄膜的厚度，a,b分别表示薄膜表面和薄膜与衬底的界面，d表示薄膜的厚度，x射线分别在a面和b面反射。由于对x射线来说，材料的折射率可以认为1,因此当两束光的光程差为x射线波长的整数倍，即2dsinO=mk时，反射强度将发生发生干涉加强。经过简单旳推导，我们不难得到薄膜的厚度d为2(sin盅+]-sin0m)式中九表示X射线的波长(木文使用的是CuKaX射线源八二0・1541nm)1-2Ar和O2流量比对PbO薄膜生长速率的影响1.01.520(
2、degree)图3・3样骷的X射线反射曲线2.0OI(scbMUSUEUIn0.52530354045505560FlowratioofO2(sccm)O420(um)ssdlDPsU1-U:O图3-4不同氣气流量的薄膜的厚度图3-3为PbO样品的小角度X-ray反射曲线。从图中可以看出，反射曲线呈现清晰的等间距的振荡，说明采用直流反应磁控溅射制备的PbO薄膜具有很好的平整度和衬底黏附性。图3-4为衬底温度在室温下，不同氧气流量的薄膜的厚度变化曲线。从图屮可以看出，随着氧气流量的增加，薄膜的厚度减小，生长速度降低。T.KSabmmanyan
3、等人用直流反应磁控溅射制备CdO薄膜时也发现了类似的现彖,他们认为氧气流量增加导致金属靶材被氧化，从而降低了沉积速率。1.3衬底温度对PbO薄膜生长速率的影响图3・5不同衬底温度下薄膜的厚度图3-5为在不同衬底温度下制备的氧化铅薄膜厚度变化曲线。从图中可以看出，薄膜的生长速度基本保持不变，说明在直流反应磁控溅射系统中，衬底温度对PbO薄膜的生长速率变化的影响不明显。2.XRD测试2.1XRD测试原理X射线照射到晶体上吋，部分x射线遇到晶体后，改变其前进的方向，与原来的入射方向不一致，这些x射线实际上时晶体屮各个原子对x射线的相干散射波叠加而
4、成，称之为衍射线。衍射线的方向只与x射线的波长，晶胞的形状和大小，以及入射线与晶体的相对方位有关。根据布拉格衍射定律，要产生衍射。必须使入射线与晶面所成的交角。与射线波长凡至今满足布拉格方程。2dsin0=n入式屮，d为晶体的晶面间距，B为入射线与晶面所成的夹角，凡为X射线波长。因此，X射线衍射线的位置决定与晶胞内原子种类，数目，及排列方式。对不同的晶态物质而言，不是前者有界，就是后者有别，因此，也就有其独特的衍射花样，当试样中包含多种以上的结晶物质是，他们的衍射花样将同时出现，而且不会干涉。利用x射线，可测定晶体的多种参数，反Z,可通过物
5、质的衍射，來判断物质的各种性能指标。2.2Ar和仏流量比对PbO薄膜晶体结构的影响354520(dcgree)55(S4O运SU9C一653-6室温下不同气体流量比的薄膜的XRD图3-6为衬底温度在室温下，不同At/02流量气氛中制备的氧化铅薄膜的XRD图。保持混合气体总流量为120sccm,Ar/02流量比分别为60：60,70：50,80：40,90：30,100：20,从图中可以看出当氧气分量较大时，没有明显的衍射峰，说明氧化铅薄膜没有结晶，为非晶膜。当氧气流量减小为30sccm时，薄膜开始结晶，与标准粉末衍射数据比较，对应为止交晶系
6、结构PbO(lll),(002),(012),(202),(312)晶面的衍射峰，但(002)晶面与其它衍射峰的相对强度与标准粉末样品明显偏大，说明衬底温度为室温时，磁控溅射制备的氧化铅薄膜沿(002)方向择优生长。从图中还可以看出，(002)晶面衍射峰的半高宽(FWIIM)从1.476减少到0.695*,由谢勒公式可以得出，随着氧气流量的减小，氧化铅薄膜的晶粒长大。2・3・衬底温度对PbO薄膜晶体结构的影响图3・7不同衬底温度下薄膜的XRD图3.7为样品在溅射过程中保持Ar和6流量比为80：40.在不同的衬底温度下沉积的氧化铅薄膜的XRD
7、图。从图中可以看出，当衬底不加热时，XRD没有明显的衍射峰，薄膜为非晶膜。随着衬底温度的升高，薄膜开始结晶，与标准粉末衍射数据相比较，衬底温度为100七和200°C时，样品薄膜对应为正交晶系结构PbO(lll),(002),(202),(312)晶面的衍射峰，衬底温度等于3000C时，止交晶系的PbO衍射峰消失，在28.7°和30.8°位置出现新的衍射峰，对应为正交晶系结构的Pb3O4(220),(112)晶面的衍射峰。3.UV-VIS测试3.1UV-VIS测试原理紫外可见分光光度法应用于半导体领域，可测量半导体的吸收边，吸收系数和薄膜的厚
8、度。当测试波长位于半导体的禁带宽度所对应的波长范围，会引起吸收度的急剧改变。根据1=ax=其中，I为入射光强庚，I。为透射光强度•+为透射率，Q为诊物质的吸‘0收系数,X为测试物
