GB/T 29557-2013 表面化学分析 深度剖析 溅射深度测量

陈建研究员

中山大学测试中心

本标准规定了溅射深度剖析中测量溅射深度的准则。

本标准适用于结合离子轰击剥离部分固体样品的表

面化学分析技术，通常溅射深度可达几微米。

增强用不同仪器得到深度剖析数据的可比性，提高

深度剖析的可靠性并促进其在工业中的应用。

溅射剖析剥离一定量的物质，溅射后的样品表面与

样品原始表面之间的距离z(m)（与表面垂直）

m

z

A⋅ρ

式中：

m剥离的样品量（kg）；

2

A溅射面积（m）；

3

ρ样品密度（kg/m）

原始表面与产生被测信号的弧坑底部区域的平均距

离（垂直于表面）

若入射离子注入与残留在垂直于表面方向引起样品的膨胀（“隆起”）

可以忽略，

则弧坑深度等于溅射深度。

如果在分析室外通过测量弧坑深度来测定溅射深度，表面反应（如氧

化）会增加弧坑底部隆起，

测量的弧坑深度小于溅射深度

溅射剖析后弧坑深度的测量

总溅射时间对应于弧坑深度，平均溅射速率由弧坑深度除以溅射时间得到。

弧坑深度通常用机械针式轮廓仪或光学干涉仪测得。

与具有深度标识界面溅射剖析样品的比较

一个界面或几个界面的已知深度，可以用于通过比较溅射剖析中信号下降到平

台值的50%时，溅射时间标尺的位置，来确定溅射深度。

独立测量层状结构界面深度的方法

磨角法、弧坑边缘分析、截面透射电子显微术或扫描电子显微术、卢瑟福背散

射谱、电子探针显微分析和能量色散谱分析、X射线荧光光谱等。

适于测量原始表面或坑底

深度由弧坑中心A区域和其

粗糙度远小于弧坑深度的

情况相向的两侧参考面B和C区域

的平均高度差来测定

最小深度可达10nm，最

大达100μm

弧坑深度约为0.5μm，三

优点：快速，无需样品制对竖直的光标线标示了平均

备，能得到弧坑底的尺寸、计算深度的区域

形状及平整度

缺点：当隆起或氧化不可

忽略时，将弧坑深度转化

成溅射深度需要修正

硅表面0.5μm深弧坑的针式轮廓仪轨迹线实例

弧坑深度计算方法：

取两相邻条纹各自的中心线（A和B），测量二

使用配备干涉附件的金相显微者之间的间距，其中一条直线（A）须穿过弧坑

镜画第三条直线（C），该直线是弧坑中央干涉条

纹的中心线

只适用于光滑平坦样品，金属数出被直线（A）相交并通过弧坑的条纹数，并

估算条纹间距与该直线（A）和弧坑中心线（C）

样品不适用间距的比值。

图中，该分数等于直线B和C的间距与A和B的间

适用于深度为0.2μm至5μm距的比值。

用照射光的半波长乘以此结果（条数+分数）得