热场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪检测多层薄膜样品周期厚度

通过热场发射扫描电子显微镜（ULTRA55-36-69，德国Zeiss，最大放大倍数为10万倍）进行结构表征。图4-2（b）、（c）和（d）是金层厚度分别为5 nm、10 nm和20 nm的多层薄膜样品在8万倍下的扫描电镜图。由图中可以看出金层和碲化锑层亮暗分明，这是由两者导电性不同造成的，通过比例尺可以估算出它的厚度与所设计的厚度基本相符。随着金层厚度增加，金层和碲化锑层边界更加明显，分辨率更加高。

图4-2　样品截面结构

（a）Au／Sb2Te3薄膜样品示意图（10个周期）；（b）、（c）、（d）分别为金层厚度为5 nm、10 nm和20 nm的8万倍下扫面电镜的横截面图

除了用扫面电镜进行结构表征外，用X射线衍射仪（D＼max-2200，日本理学公司）对样品的周期厚度进行了更加详细的结构表征。实验中所用的X射线为Cu Kα射线，其波长为1.54Å，电子加速电压为40 kV，工作电流为40 mA。选用扫描角度为0.5°～5°的小角进行多层薄膜周期厚度的测量，角度的扫描速率为0.002（°）／min。图4-3是多层样品的SAXRD测试结果，图中显示的分别是1 nm、3 nm、5 nm、10 nm以及20 nm的样品衍射峰图。图4-4是Au厚度为1 nm的样品详细计算图，主图以1 nm衍射峰图作为背景，右上角的小图是sin2θ与对应衍射峰个数n2的线性拟合。金层厚度为1 nm时，根据布拉格衍射公式可以算出单层Au（1 nm）／Sb2Te3的厚度为13.44 nm，与所设计的14 nm（Au 1 nm＋Sb2Te313 nm）比较接近。如表4-2所示为测量得到的不同金层厚度下的薄膜单周期厚度。(www.xing528.com)

图4-3　多层样品的SAXRD测试结果

图4-4　Au（1 nm）／Sb2Te3多层薄膜样品SAXRD图像和sin2θ-n2拟合直线

表4-2　SAXRD所测得多层样品的周期厚度