上海訊 8月27日，本報從上海科技大學(xué)獲悉，該校物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院翟曉芳課題組建立了薄膜粗糙度原位定量分析的新方法。

在過去幾十年間，分子束外延(MBE)及脈沖激光沉積(PLD)等先進(jìn)薄膜制備技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了材料科學(xué)研究的繁榮。如今科學(xué)研究以及器件應(yīng)用已不斷深入到材料的表面和界面層次，這就對高質(zhì)量平整薄膜的制備提出了更高的要求。而當(dāng)前薄膜粗糙度的定量分析主要依賴于非原位的表征手段，如原子力顯微鏡、掃描透射電子顯微鏡等，這樣相對較低的薄膜制備和質(zhì)量反饋效率不僅限制了科學(xué)研究的效率，一定程度上也制約了薄膜工業(yè)的發(fā)展。因此，如何實現(xiàn)薄膜粗糙度的原位定量分析是當(dāng)前亟待攻克的一大技術(shù)難題。

反射式高能電子衍射儀(RHEED)是薄膜制備的一個很重要的輔助設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于薄膜層厚及外延質(zhì)量的原位監(jiān)測。然而此前研究并沒有將RHEED與薄膜粗糙度定量關(guān)聯(lián)在一起。上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院翟曉芳課題組從RHEED的基本原理出發(fā)，構(gòu)建了RHEED衍射斑尺寸及不對稱性與薄膜粗糙度的定量關(guān)系（圖1），提出了一套基于RHEED的原位實時定量分析薄膜粗糙度的方法，并通過非原位的原子力顯微鏡測試驗證了該方法的準(zhǔn)確性（圖2-3）。該方法將極大提高高質(zhì)量薄膜制備的效率，從而助力薄膜材料科學(xué)研究以及薄膜工業(yè)的發(fā)展。相關(guān)研究以“In-situ quantification of the surface roughness for facile fabrications of atomically smooth thin films”為題，發(fā)表于知名學(xué)術(shù)期刊Nano Research。

圖1. (a)粗糙表面的高斯分布示意圖; (b-e) RHEED原理示意圖。

圖2. 不同溫度下SrTiO3襯底上生長的LaCoO3薄膜以及SrTiO3襯底的RHEED圖案及其AFM圖案。

圖3. (a) 通過本工作提出的RHEED衍射斑分析得到的薄膜粗糙度與常規(guī)非原位AFM測試得到薄膜粗糙度的比較。

(b) LaCoO3薄膜生長過程中RHEED衍射斑強(qiáng)度和薄膜粗糙度的實時監(jiān)測。

翟曉芳課題組博士生梁根豪為該論文的第一作者，物質(zhì)學(xué)院助理研究員成龍和翟曉芳教授為共同通訊作者。該項工作得到了上?？萍即髮W(xué)啟動經(jīng)費、國家自然科學(xué)基金的支持。（上科大宣）