可分離各向異性隨機表面光散射特性研究.pdf

1、隨機表面是自然界最重要的組成部分，對隨機表面的研究在許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域如：薄膜生長動力學(xué)、天體沖擊引起的斷裂、微電子元件設(shè)計等方面有重要的意義，因此隨機表面的特性一直是備受關(guān)注的研究課題。隨機表面普遍存在局域非光滑的分形結(jié)構(gòu)，但此結(jié)構(gòu)是局限在表面高度分布的短程范圍之內(nèi)的，而在長程范圍內(nèi)表面呈顆粒狀結(jié)構(gòu)，自仿射分形表面模型可以同時描述表面高度的自相似性和顆粒狀結(jié)構(gòu)，成為目前被廣泛接受和采用的表面模型。本方向的研究主要針對各向同性隨機表面，對

2、此類表面進行了大量的理論和實驗探討，取得了重要進展，提出了隨機表面的多種標定方法。對各向異性隨機表面也有所研究，提出了各向異性表面的生長模型，對表面的自相關(guān)函數(shù)、高度一高度相關(guān)函數(shù)、功率譜、散射輪廓的半高全寬等作了理論推導(dǎo)。但對各向異性表面的研究只是初步的，理論還不夠完善，實驗研究的相關(guān)報道也并不多見。 本文針對各向異性隨機表面的散射光強分布的特點，根據(jù)光波衍射的基爾霍夫理論，提出了一種新型的散射輪廓的實驗測量方法，并用門積分平

3、均的散射光強輪廓采集系統(tǒng)測量了Si(100)晶片這一典型的各向異性隨機表面的散射光場，對散射輪廓進行了定性理論分析。此外，用原子力顯微鏡對Si(100)晶片進行了表面參數(shù)測量，利用AFM測得的樣品表面高度數(shù)據(jù)對散射輪廓進行了計算模擬，并與通過門積分的散射光強輪廓測量系統(tǒng)測得的結(jié)果進行了比較，從而證明了我們提出的散射輪廓測量方法的可行性。本文共分五章： 第一章提出了本文研究內(nèi)容的意義，并對隨機表面的描述與測量標定方法作了簡單介紹。

4、 第二章給出了自仿射分形表面散射光強輪廓半寬度的表示式，對自仿射分形隨機表面及其光散射輪廓進行了計算模擬，通過與數(shù)學(xué)上的對稱下降函數(shù)擬合，得到輪廓函數(shù)的半寬度及其隨入射光波矢量的變化關(guān)系。利用這些關(guān)系和改變?nèi)肷浣堑墓鈱W(xué)散射測量可以從實驗測得的輪廓中提取隨機表面的橫向相關(guān)長度ξ和粗糙指數(shù)α，并簡單介紹了表面參量的提取方法。 第三章主要介紹了一種門積分平均的散射光強輪廓采集系統(tǒng)，對門積分器Boxcar的原理和光強散射輪廓采集

5、系統(tǒng)的工作過程進行了較為詳細的討論，并對經(jīng)過門積分器采得光強和未經(jīng)過門積分器采得光強進行了對比。 第四章主要內(nèi)容是：用原子力顯微鏡對Si(100)晶片樣品表面進行了形貌測量，得到了表面的高度—高度相關(guān)函數(shù)和自相關(guān)函數(shù)進而提取了表面參數(shù)，并發(fā)現(xiàn)了其高度分布的各向異性。通過推導(dǎo)和計算得出了散射方位曲線，并將此曲線應(yīng)用到樣品表面光散射輪廓的測量中，對測量結(jié)果進行了定性分析，發(fā)現(xiàn)了散射輪廓主極大和次級大隨入射角的變化關(guān)系。利用AFM測得