文献综述
目前，薄膜材料已经是材料学领域中的一个重要分支，它涉及物理、化学、电子学、冶金学等多种学科，在表面改性、半导体器件、记录与存储、发光器件、平板显示器、太阳能电池等多方面有着重要应用，逐步形成了一门独特的学科“薄膜学”。汽车、船舶、航空及航天、发电等能源相关的运动机械系统，以及相应的部件、装置等领域都涉及表面改性，对结构材料进行表面处理赋予其新功能，如耐蚀、耐热、耐磨、耐氧化、光泽性、润滑性。表面改性的应用对于节省资源、能源，开发材料新功能，提高可靠性，实现轻薄短小化等具有十分重要的意义[1]。随着信息产业化的高速发展，对半导体材料提出了更高的要求，常规的半导体材料已经不能满足市场的需求。由于金刚石薄膜具有高的热导率，高的介质击穿场强，高的载流子迁移率以及宽的禁带等优点，是非常理想的功能材料。而且掺杂使金刚石薄膜具有独特的电学和热学性能，在半导体领域具有广阔的应用前景，近年来成为国内外研究的热点之一[2]。铋系层状钙钛矿铁电材料具有非常大的应用前景而成为国际功能材料领域的研究热点,由于其较强的结构各向异性,所以控制薄膜取向以便于控制其性能成为人们关注的主要问题,也是该体系材料在未来的各种器件应用中需要解决的关键问题之一[3]。随着工业技术的发展，将电致发光材料制成薄膜型器件成为现实，在薄膜型电致发光器件中，不需要有机介质，发光层致密可以提高发光的亮度，也可以提高分辨率和寿命，所以电致发光薄膜是平板显示器的重要材料之一[4] 。目前解决能源问题的重要手段之一是太阳能电池通过光伏效应将光能转化为电能,然而,现今太阳能发电的成本仍然要高于化石能源发电,非晶硅薄膜太阳能电池因为其所需材料体积的减少和材料价格的低廉成为降低太阳能电池成本的理想材料[5]。
薄膜厚度是薄膜测试领域中非常重要的参数。薄膜厚度的测量方式有台阶法，椭圆偏振法，石英晶体振荡法，光学干涉法，显微镜法等。直方图法处理触针式轮廓仪测试数据（标准样品、制备样品）得到台阶高度，是获取薄膜厚度的方法之一。目前台阶高度的评定方法主要有点对点高度提取法、平均线法、最小二乘法、平均值法、直方图法，直方图法与其它评定方法相比，一方面能有效避免杂质、灰尘等对计算结果的影响；另一方面可以有效减少人为因素的影响。直方图法适用于10nm以上的薄膜厚度的测量，是目前最适于作为薄膜厚度测试标准的方法[6]。但是这种方法对薄膜本身破坏较大，同时测量结果受仪器精度的影响较大，因此精确测量成本较高。但是随着材料科学和真空技术的发展，功能性薄膜在许多高科技领域中具有越来越广泛的应用，而薄膜的力学性能、电磁性能、光电性能和光学性能等由薄膜的厚度决定，因此准确地测量薄膜的厚度在薄膜的制备和应用中起着关键作用。椭圆偏振法是测量薄膜厚度的精度的方法之一，椭圆偏振法是利用光学原理测量薄膜厚度的方法之一，其测量结果精度较高，缺点在于对数量级在几十个nm的光学薄膜，误差相对较大[7]。上海市计量测试技术研究院通过用X 射线光电子能谱仪（XPS）结合惰性离子溅射深度剖析方法测量纳米薄膜的厚度，并考察纳米薄膜的均匀性及稳定性。所谓纳米薄膜是指厚度处在纳米数量级（1~100nm）的薄膜。这类薄膜具有显著的晶界效应、尺寸效应和量子效应，在电学、光学等多方面表现出奇异特性，并在太阳能电池、存储器、气体传感器以及功能薄膜涂层、镀层等领域得到广泛应用。测试结果表明薄膜的均匀性以及在监测期内的稳定性良好[8]。而上述测试方法的缺点在于适用面比较狭窄，不普遍适用测量所有薄膜厚度，而且对测试仪器要求较高。偏振法、干涉法、反射法及透射法等基于光学原理的测量方法是在射线测量薄膜厚度具有安全隐患的情况下提出的。采用透射式红外技术可对单层薄膜、复合薄膜进行测量，具有数据处理简单，实验数据稳定、精确等优点。NDIR的塑料薄膜厚度在线检测技术改进了红外测厚方法中常采用的双单色红外光对比法，使用单光源简化了双光源调制的难度，优化了由于双光源照射薄膜不同位置带来的准确性问题[9]。但是此种方法只适用于塑料产业，从普遍角度仍然有所欠缺，应用上缺少广泛性。
扫描电子显微镜（SEM）测量薄膜厚度的优点在于提供清晰直观的形貌图像，分辨率高[1]。扫描电子显微镜（SEM）测量原理是炽热的灯丝（阴极）发射出的电子在电场作用下被加速，加速电子进入两级磁聚焦透镜会聚成直径约5nm的电子束，聚焦电子束被导入偏转扫描线圈并在磁场作用下扫描照射样品表面，电子束照射所激发的各种产物粒子束被样品附近的探测器接收然后形成反映样品形貌的电子成像或结构成分的波谱。扫描电镜（SEM）测量薄膜厚度时采取的方法是垂直扫描样品剖面，成像后可以直观测量膜的厚度，在需要区分样品元素种类与含量的薄膜厚度测量过程中，还可以借助EDS能谱仪辅助进行分析。本课题中，研究的主要问题就是基于SEM测量法研究薄膜厚度测量的样品制备、表征参数的调整等，为正确测量薄膜厚度提供依据。
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