Si/SiO2多层膜线宽关键参数精细化表征技术研究

线边缘粗糙度(LER)和线宽粗糙度(LWR)是衡量线宽标准样片质量的重要指标。文中基于自溯源光栅标准物质的自溯源、高精密尺寸结构特性,提出了一种直接溯源型精确校准SEM放大倍率的方法,以实现SEM对线宽标准样片关键参数的测量与表征。利用校准后的SEM,对利用Si/SiO₂多层膜沉积技术制备的线宽名义值为500、200、100 nm样片进行关键参数的测量,采用幅值量化参数的均方根粗糙度RMS描述线边缘粗糙度与线宽粗糙度,并通过图像处理技术确定线边缘位置,对线宽边缘特性进行了精确表征。实验结果表明,名义值为500、200、100 nm对的线宽样片,其实测值分别为459.5、191.0、99.5 nm,σLER分别为2.70、2.35、2.30 nm,σLWR分别为3.90、3.30、2.80 nm,说明了多层膜线宽标准样片线边缘较为平整、线宽变化小、具有良好的均匀性与一致性。基于自溯源标准物质校准SEM的方法缩短了溯源链,提高了SEM的测量精度,实现了线宽及其边缘特性的精确表征,为高精度纳米尺度测量和微电子制造领域提供了计量支持。     

基于图像处理的线距测量方法

关键尺寸扫描电镜(CD-SEM)是对微纳尺寸线距标准样片定标的标准器具。为提高标准样片的定标准确度,研究一种基于图像处理技术的测量算法。首先,对研制样片的特征进行分析;其次,研究线性近似算法和线距测量算法,并分别对100nm^10μm的线距标准样片进行测量;最后,利用纳米测量机进行对比实验研究。实验结果表明,线性近似算法的相对误差可以控制在0.45%以内,相比之下,线距测量算法的相对误差可控制在0.35%以内。因此,线距测量算法提高了线距的测量精度,为提高线距测量类仪器量值的可靠性、保证半导体器件制造精度提供了一种测量方案。     

多维栅格标准样板的制备与表征

栅格标准样板作为微纳米几何量量值溯源体系中的重要组成部分,是纳米科技发展的基础保障。为了实现微纳米尺寸栅格结构有效区域的快速循迹与校准,文中设计了一种便于快速定位有效区域并栅格结构正交扫描方向的循迹结构。为了实现不同精度、尺寸范围的校准需求,在同一基板上实现了多维、多参数的横向栅格标准样板的结构设计与集成。使用计量型纳米测量机（NMM）对微纳米栅格标准样板测量误差进行了分析与评价,以实现标准样板的溯源性表征。实验结果表明,栅格标准样板具有良好的均匀性、准确性以及稳定性,验证了研制的栅格标准样板能作为一种理想的实物标准运用于纳米几何量量值溯源体系。     

纳米尺度标准样片光学表征方法的研究

重点研究了纳米尺度标准样片的光学表征方法。采用基于纳米测量机(NMM)的激光聚焦传感器(LFS)和扫描白光干涉传感器(SWLIS)分别对平面尺度的标准样片和台阶标准样片进行了测量、分析与比较。实验结果表明,利用该纳米测量机LFS对标定值为3μm的TGZ1一维栅格样片进行测量,其扩展不确定度为4.2 nm,实现了精确表征。利用SWLIS测量方法对标定值为49.217μm的SHS8-50.0高台阶标准样板进行测量,测量不确定度分析结果为0.065 7μm,实现了采用光学检测技术跨尺度对纳米尺度精密器件和结构进行表征。扩大了基于纳米测量机光学表征方法的应用范围,有利于纳米几何量量值溯源体系的建立。     

纳米台阶标准样板的制备和表征

介绍了纳米标准样板在纳米量值溯源体系中的重要作用和制备纳米标准样板的基本要求,设计了适用于多用途的标准值为100nm纳米台阶标准样板的特征结构和制备工艺流程,阐述了纳米测量装置的工作原理以及原子力测头(AFM)、激光聚焦式测头(LFS)、扫描白光干涉测头(SWLIS)的参数指标和适用范围。分别利用纳米测量机(NMM)的多种测头对纳米标准样板进行表征,对SIMT100纳米标准样板A区域开展重复性实验、区域均匀性实验和长时间稳定性实验。结果表明,设计与制备的SIMT100纳米标准样板A区域的高度值具有较好的量值传递特性。台阶标准片的测量重复性、区域均匀性和稳定性的标准偏差均小于1nm。     

化学气相沉积法制备低镁含量的MgxZn1-xO纳米线紫外光电传感器

针对氧化锌紫外光电传感器对深紫外光探测能力弱的问题,通过镁掺杂氧化锌纳米线的方法调整氧化锌能带,从而提高氧化锌紫外光电传感器对深紫外光的探测灵敏度。通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、透射电子显微镜（TEM）等表征手段对镁锌氧纳米线进行表征,结果表明成功制备镁锌氧纳米线。通过氧化锌纳米线探测器和镁掺杂氧化锌纳米线探测器对254 nm的深紫外进行对比测试,测试结果显示镁掺杂氧化锌探测器对254 nm波长的深紫外光的光响应性能增强,光电流从0.02 μA提高至0.57 μA。通过镁掺杂氧化锌纳米线的方法制备探测器,有效解决氧化锌纳米线探测器对深紫外光探测能力弱的问题,将为深紫外探测器的设计及制备方法提供有益的参考。     

声子极化激元干涉条纹周期的精密测量研究EI北大核心CSCD

二维材料由于其独特的物理化学性质,对纳米光子学及光电子学的应用与发展具有重要研究价值。特别是二维材料中声子与光子耦合激发产生的声子极化激元高度局域在纳米尺度,在片上光子学的光学操控和能量传输等前沿研究领域具有极大的应用潜力。同时,光电器件制造进入纳米节点,器件应用对材料表征精度具有纳米级的要求。然而目前对声子极化激元特性分析的关键之一在于测量其干涉条纹周期,测量结果准确性依赖于仪器设备校准。因此,为实现对声子极化激元干涉条纹的精确测量,文中提出构建铬原子自溯源型光栅与二维材料的复合结构,分析金属光栅结构周期性变化对二维材料的声子极化激元耦合增强与调制作用,以及基于该原理实现对声子极化激元干涉条纹周期的精密测量。研究实现了测量干涉条纹周期为(261.01±0.34)nm的亚纳米级高精度测量,相比具有不确定度为4 nm的传统拟合测量方式具有可溯源的计量精度,同时实现了对测量仪器的亚纳米级精密校准。自溯源光栅天然溯源至基本自然常数的特性使得测量结果具备极好的准确性和可靠性,为二维材料在微纳光子学器件领域的应用提供了保障。     

图形化氧化锌纳米线的合成和场发射性能研究

通过简单的热蒸发在ITO电极上合成图形化氧化锌纳米线,利用SEM,XRD,EDX和PL光谱分析氧化锌纳米线的表面形貌、微观结构和光学特性,并测试其场发射性能。SEM表明,ZnO纳米线的直径约为100-200nm,长度大于5um,且均匀长在ITO电极表面。场发射测试表明,图形化ZnO纳米线的开启电场和阈值电场分别为1.6 V/m和4.92 V/m,在电场强度为5.38 V/m时发射电流高达 2.26 mA/cm2,经4.5h场发射测试后发射电流的浮动低于5%。低的开启电场、高的发射电流和好的稳定性表明图形化氧化锌纳米线是一种应用前景广阔的场发射材料。     

基于光声光谱和腔衰荡光谱的气溶胶光学特性测量研究

气溶胶光学特性是影响大气辐射强迫的重要因素, 对全球气候起着决定性作用。针对当前气溶 胶光学特性测量仪器存在的测量参数单一、测量不确定度高和溯源体系不完善等问题,本文 将光声光谱(PAS)技术和光腔衰荡光谱(CRDS)技术相结合,实现了气溶胶的消光、吸收及散 射系数同时在线测量, 并研制了一套大气气溶胶多光学参数的高精度在线测量装置。本文测量装置经过NO₂气体 标准物质校准 后,用于大气气溶胶光学特性测量,具有测量相对误差小于4%、测量重复性优于0. 2%和测量不确定 度为2.8%(k=2)等优点。与积分浊度计 、黑碳仪现场实验数据比较,本文测量装置的消光系数、吸收 系数和散射系数的E_n值均小于1,显示出良好的测量一致性和 稳定性。实验结果表明,本文测量装置具备 多参数测量能力,且测量结果准确可靠,可用于大气气溶胶光学特性的现场实时测量,也可 用于相 关测量仪器的计量校准,为测量仪器提供量值溯源。     

NiCu/Cu多层纳米线微、纳结构及成份研究

采用双脉冲电化学沉积法,以多孔阳极氧化铝(AAO)为模板制备了NiCu/Cu多层纳米线。利用透射电子显微术研究其微/纳结构和成分。研究结果表明,单根NiCu/Cu纳米线尺寸均匀,平均直径为53 nm,系多晶面心立方(fcc)结构。STEM模式下EDS线扫描和EDS面分布显示多层纳米线呈现NiCu和Cu交替排列组成的多层结构,其NiCu层和Cu层的平均沉积速率分别为5 nm/s和2 nm/s。化学组分测量测定NiCu层原子比为Ni∶Cu=51∶49,Cu层为纯铜。并通过NiCu合金和Cu纳米线元素测定分析、验证了Ni和Cu的含量比例关系。利用HRTEM和CBED深入表征分析了非磁性层尺度小于10 nm的NiCu/Cu纳米线的磁性层、非磁性层和过渡层结构。