Chiều dày màng mỏng là một thụng số hết sức quan trọng trong chế tạo và nghiờn cứu cỏc màng mỏng kớch thước nano, vỡ ở vựng bề dày này, cỏc tớnh chất vật lý chịu ảnh hưởng rất mạnh bởi hiệu ứng về kớch thước. Do đú, việc đo và khống chế chiều dày của cỏc màng mỏng là cụng việc rất được chỳ ý khi chế tạo.
a. Đo chiều dày bằng phương phỏp vạch mũi dũ
Phương phỏp này dựa trờn nguyờn tắc vạch một mũi kim cương nhọn lờn trờn bề mặt màng mỏng cần đo đó được tạo bậc với đế. Mũi nhọn được ấn bằng một lực khụng đổi sao cho đầu mũi nhọn chỉ tiếp xỳc trờn bề mặt màng mà khụng làm biến dạng hay cào rỏch màng. Sự thay đổi độ cao của mũi dũ từ bề mặt màng mỏng xuống bề mặt đế trong quỏ trỡnh quột được chuyển thành tớn hiệu điện theo nguyờn lý cảm ứng điện từ. Tớn hiệu này được xử lý và cho ta kết quả là chiều dày màng mỏng. Thiết bị Alpha-Step 200 đặt tại trung tõm ITIMS cho phộp xỏc định được chiều dày cỏc màng mỏng trong khoảng 20 nm đến 65 m và cú độ phõn giải theo chiều thẳng đứng là 2 nm.
24
Đõy là phương phỏp được sử dụng để đo chiều dày đồng thời xỏc định tốc độ tạo màng mỏng trong quỏ trỡnh phỳn xạ. Phộp đo này dựa trờn hiện tượng dao động cộng hưởng của phiến tinh thể thạch anh. Tần số dao động phụ thuộc vào khối lượng của phiến thạch anh dựng làm phần tử dao động. Khi màng lắng đọng lờn trờn phiến tinh thể thạch anh làm khối lượng của nú tăng lờn. Do đú gõy nờn sự thay đổi tần số dao động so với khi chưa cú màng. Độ lệch này tỷ lệ thuận với khối lượng vật liệu lắng đọng tức là tỷ lệ thuận với chiều dày của màng. Số liệu về độ lệch sẽ được xử lý và cho ra kết quả là chiều dày màng mỏng. Tốc độ mọc màng được tớnh bằng lượng tăng chiều dày trờn một đơn vị thời gian. Thiết bị dựa trờn nguyờn tắc đú được lắp đặt trong hệ Auto 306 và hiển thị tốc độ cũng như chiều dày màng mỏng bằng đồng hồ số ngay trong quỏ trỡnh phỳn xạ.
Phương phỏp trờn chỉ cho kết quả chớnh xỏc khi sensơ đo (tinh thể thạch anh) được đặt ở độ cao đỳng bằng với khoảng cỏch từ đế tới bia. Sensơ này trong hệ phỳn xạ Auto 306, được đặt ở vị trớ cố định. Trong quỏ trỡnh thực nghiệm, khi thay đổi khoảng cỏch giữa đế và bia thỡ sẽ cú sự sai khỏc giữa số liệu đo và chiều dày thực của màng mỏng. Do đú, giỏ trị đo trờn sensơ cần phải được chuẩn lại bằng một thiết bị đo độ dày khỏc. Một số màng mỏng đó được chế tạo với độ dày và khoảng cỏch đế-bia khỏc nhau, sau đú được đo chiều dày bằng thiết bị Alpha-Step 200 đặt tại trung tõm ITIMS. Tỷ lệ giữa độ dày thực của màng so với độ dày ghi trờn sensơ được chuẩn hoỏ. Như vậy trong quỏ trỡnh thực nghiệm tiếp theo, việc xỏc định tốc độ và chiều dày màng vẫn được thực hiện qua sensơ bằng cỏch nhõn thờm một hệ số chuẩn hoỏ tương ứng.