GB/T36969-2018
纳米技术原子力显微术测定纳米薄膜厚度的方法
Nanotechnology—Methodforthemeasurementofthenanofilm-thicknessbyatomicforcemicroscopy
- 中国标准分类号（CCS）J04
- 国际标准分类号（ICS）17.040.20
- 实施日期2018-12-28
- 文件格式PDF
- 文本页数9页
- 文件大小698.32KB
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纳米技术原子力显微术测定纳米薄膜厚度的方法
国家标准 GB/T36969一2018 纳米技术原子力显微术测定 纳米薄膜厚度的方法 Nanoteehnology一Methwdtorthemeasureentofthenanotmthiteknessby atomicforeemieroscops 2018-12-28发布 2018-12-28实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/T36969一2018 次 目 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 原理 测试条件 5.1环境条件 5.2操作条件 设备 原子力显微镜 6.1 6.2探针的选择 6.3仪器的校准 样品 7.1样品的制备 7.2样品的清洗 测试步骤 8.1采集图像数据前的准备 8.2图像数据的采集 数据处理与计算 重复性和再现性 1C 测试报告 附录A(资料性附录)薄膜台阶的制备 参考文献
GB/36969一2018 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由科学院提出
本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口
本标准起草单位:上海交通大学、纳米技术及应用国家工程研究中心
本标准主要起草人;李慧琴,金承钮,梁齐,何丹农,韦菲菲
GB/36969一2018 纳米技术原子力显微术测定 纳米薄膜厚度的方法 范围 本标准规定了使用原子力显微术(AFM)测量纳米薄膜厚度的原理,测试条件,设备、样品、测试步 骤和数据处理 本标准适用于表面均匀平整的纳米范围厚度的无机材料薄膜
较厚的和一些有机薄膜的膜厚测 定也可参照执行
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件
GB/T31227原子力显微镜测量溅射薄膜表面粗糙度的方法 JJF1059.l一2012测量不确定度评定与表示 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 原子力显微术atomicforeemicroscopy 通过检测探针和样品表面的相互作用力(吸引力或排斥力)来控制探针和样品间的距离从而获得表 面形貌的扫描探针显微镜技术
[GB/T277602011,定义3.1] 3.2 扫描长度sealength 从开始到结束一次扫描的距离 3.3 全幅扫描raster 探针y方向上逐步移动时在r方向上反复扫描,也指这样的运动所扫描的区域
[GB/T312262014,定义3.1.14打] 原理 首先利用原子力显微镜(AFM)测试得到包含纳米薄膜台阶在内的微观形貌
原子力显微镜是使 用针尖接触样品表面,用同距离有关的针尖与样品间相互作用力作为反馈,反馈系统根据检测器电压的 变化不断调整针尖或样品:轴方向的位置,通过测量检测器电压对样品扫描位置的变化,从而得到样 品的表面形貌图像(见GB/T31227)
然后从形貌图中计算出薄膜和其基底的高度差数值,即得到了 薄膜的厚度
GB/T36969一2018 5 测试条件 5.1环境条件 大气条件下,环境温度20C士5,相对湿度不大于60%
5.2操作条件 本测试方法假设图像是在不被表面上非固体层(如液体有机物和水汽膜)干扰下得到的 5.2.1 5.2.2开机后,等待至少30min,使样品和仪器处于热平衡状态
设备 6 6.1原子力显微镜 宜选择的测试模式有接触模式、轻敲模式和PeakForce模式
6.2探针的选择 根据选择测试模式的不同选择不同种类的探针
一般情况下,为避免接触模式下探针划伤样品表 面,需选择弹性系数小于5N/m的探针;而轻敲模式,需选择弹性系数大于2N/m的探针;PeakForee 模式下选择大于0.1N/m小于1N/m的探针
6.3仪器的校准 选择合适的参考标准样品按照仪器的校准程序分别进行士一》和=方向的尺寸校淮 样品 7.1样品的制备 纳米薄膜表面利用刻划或者其他特殊的制样方法制备出清晰并基本垂直于基底的台阶,参见附 录A
7.2样品的清洗 样品表面应干净平整,若有油脂和水等液体状物质和吸水性的盐分,应进行相应的清洗和烘干
8 测试步骤 8.1采集图像数据前的准备 开机,将样品固定在样品台上,使得探针可以扫描具有台阶的区域
根据仪器的特点进行软件和仪 器的初始化设置,并选择合适的扫描模式和相应的探针
8.2图像数据的采集 8.2.1确保在.r方向上至少采集200个数据点,y方向上至少采集200个数据点
8.2.2建议扫描速率1Hz2Hz,设定扫描长度大于2m，进行全幅扫描,采集扫描数据,薄膜的台 阶分界线应位于图像的中间区域,例如图1
GB/36969一2018 8.2.3扫描含有台阶面的清洁区域,避开台阶附近堆积颗粒过密的区域
8.2.4如果在扫描过程中出现不连续图像或者模糊重叠等假象,表明探针被污染,应更换探针以后重 复8.2.18.2.3 8.2.5停止扫描,移动针尖或样品位置,在不同区域扫描,在最好的成像条件下重复8.2.18.2.3
秘 动的距离不小于设定的扫描长度,以免扫描到同一区域
计算台阶高度时,至少扫描三个不同区域
如 果需要的话,可根据8.2.18.2.3的方法测试其他的区域
3.00 2.00 l.00 1.00 2.00 3.00 Hm 图1镀铂薄膜台阶表面的着色形貌图(扫描长度4m) 数据处理与计算 9 g.1纳米薄膜的厚度可以从台阶的高度数据中计算出
本测试方法只允许在图像形式中用平面拟合 来修正扫描弯曲,使薄膜和基底部分都比较平整
如果从图像中选择一条轮廓线,薄膜和基底的剖面线 都应基本平行于中间线,如图2
M4l 节w 长度/wm 图2从图1中得到的其中一条剖面线
GB/T36969一2018 9.2所有扫描范围的数据都是在r,y平面上,以探针位置为函数得到的特征高度描绘而成的表面高 度图,台阶高度是根据扫描得到的台阶两侧的高度差值计算出来的
由于台阶处存在倾斜等问题,需刨 除台阶两侧各5%~10%的数据点,选择A一B面内和CD面内的数据点进行厚度计算
9.3台阶高度Z,计算见式(1): Z，= 习Z，一 式中 薄膜台阶上cD面内的数据点数; N 乙 薄膜上cD面内各点的高度,单位为纳米(nm); N 基底上A一B面内的数据点数; 乙 基底上A一B面内各点的高度,单位为纳米(nm). 10 重复性和再现性 按照JF1059.12012中对重复性和再现性进行计算
本测量重复性应不大于0.1,测试重复次数应大于或等于3;对于再现性描述,对于不同仪器、不同 实验室、不同测量人员在上述实验条件下进行再现性研究,本测量再现性应不大于4%
测试报告 1 报告内容应包括以下信息 测试日期 报告编号; 测试者 -测试环境,包括温度,湿度; -样本标识,包括样本名称、详细描述 所用仪器类型品牌,型号; 所用探针的型号和曲率半径和选择的测试模式 至少三个区域的着色形貌图; -测试结果列表包括台阶高度数值及其平均数值
GB/36969一2018 附 录 A 资料性附录 薄膜台阶的制备 刻划方式制备薄膜台阶 A.1 对于沉积在比较硬的基底(如抛光硅或石英)上的纳米薄膜,可以使用平边不锈钢锻子等工具在薄 膜表面施加一定力刻划出一条或多条台阶,露出基底
利用原子力显微镜在台阶处扫描图像时,尽量选 择基底平整,台阶边缘没有堆积的区域测试
A.2遮掩法制备薄膜台阶 A.2.1遮掩板法 选择合适的遮掩板,在制备纳米薄膜时,用遮掩板挡住一部分薄膜基底,薄膜制备完成后,形成相对 垂直的台阶
A.2.2特殊材料遮掩法 选择合适的与薄膜吸附性较弱的材料涂在一部分基底上,待纳米薄膜制备完成后,利用溶剂溶解等 方法去掉涂覆的与薄膜吸附性较弱的材料,形成相对垂直的台阶
GB/T36969一2018 考文献 参 [[1]GB/T27760利用Si(1ll)晶面原子台阶对原子力显微镜亚纳米高度测量进行校准的方法 [2幻 GB/T31226扫描隧道显微术测定气体配送系统部件表面粗糙度的方法 [3]白春礼,田芳,罗克.扫描力显微术.北京;科学出版社,2000. [4们彭昌盛,宋少先,谷庆宝.扫描探针显微技术理论与应用.北京:化学工业出版社,2007
[5]MareiaLlightbody,SamuelHCohen.AtomieForce Mieroscopy/ScammingTunelinMi croscopy3.Springer,1999.
纳米技术原子力显微术测定纳米薄膜厚度的方法GB/T36969-2018
纳米技术是当今世界科技发展的热点之一，对于材料学、物理学和化学等领域有着广泛的应用。其中，纳米薄膜因其在光电、磁性、力学等方面的特殊性能，被广泛应用于半导体器件、微电子学、生物医学和光电子学等领域。而如何精确地测量纳米薄膜的厚度，一直是纳米技术研究中的难点之一。 GB/T36969-2018是我国在纳米技术领域中关于原子力显微术测定纳米薄膜厚度的权威标准。该标准主要围绕原子力显微术技术的使用进行了规范，为纳米薄膜的厚度测量提供了一套系统化、标准化的方法。接下来，我们将从以下几个方面对该标准进行详细介绍： 1. 原子力显微镜 原子力显微镜是一种用于观察物质表面形貌和性质的高分辨率显微镜。GB/T36969-2018要求在纳米薄膜的厚度测量中必须使用原子力显微镜。该设备通过扫描探针对样品表面进行扫描，并根据扫描结果得到样品表面的形貌信息。 2. 厚度测量的方法 GB/T36969-2018规定了四种用于测量纳米薄膜厚度的方法，包括反射干涉法、折射率法、散射法和原子力显微术法。其中，原子力显微术法是最为常用和可靠的一种方法。通过在原子力显微镜上设置一个纳米尺度的探针，可以对样品表面进行非接触式的触探与感应，以得到样品表面的形貌信息。这样，就可以根据样品的形貌信息来确定其厚度。 3. 实验要求 GB/T36969-2018对原子力显微术测定纳米薄膜厚度的实验要求进行了详细规定。其中包括样品准备、探针选择、扫描参数设置、数据处理等方面的内容。这些要求对于保证实验的可重复性和准确性非常关键。 4. 测量误差的控制 在原子力显微术测定纳米薄膜厚度的过程中，测量误差的控制非常重要。GB/T36969-2018规定了一系列的误差控制方法，包括扫描范围的选择、扫描速度的控制、探针的选择和调整等，来保证测量结果的准确性和可靠性。 综上所述，GB/T36969-2018是我国关于原子力显微术测定纳米薄膜厚度的权威标准。该标准提供了一套系统化、标准化的方法，为纳米薄膜的厚度测量提供了重要的技术支持和指导。在实际应用过程中，我们应该充分考虑该标准的内容，并严格按照要求进行实验操作，以确保得到准确、可靠的纳米薄膜厚度测量结果。
