ICS17.040.20 J 04 GD 中华人民共和国国家标准 GB/T 31227—2014 原子力显微镜测量 溅射薄膜表面粗糙度的方法 Test method for the surface roughness by atomic force microscope for sputtered thin films 2014-09-30发布 2015-04-15实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T 31227—2014 前言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国科学院提出。 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。 本标准起草人：李慧琴、梁齐、路庆华、何丹农、张冰。 I GB/T31227—2014 引言 溅射技术因其能够使材料均匀致密并且大面积地按照合适的比例镀在基体表面上，而得到广泛运 用，形成的薄膜表面粗糙程度对其光、电性能具有很大影响。由于其粗糙度一般处于纳米尺度，但目前 已有的国家标准和国际标准都是大于微米尺度的测量方法标准，不适用这种材料表面粗糙度的测量 原子力显微镜利用一尖锐探针接触到样品表面，得到表面的高度信息，达到了纵向上优于0.1nm，横向 上优于1nm的分辨率。用原子力显微镜来测量溅射薄膜的表面粗糙度，平均标准偏差可以达到1nm， 因而适合这种薄膜表面粗糙度的测量， Ⅱ GB/T 31227—2014 原子力显微镜测量 溅射薄膜表面粗糙度的方法 1范围 本标准规定了使用原子力显微镜（AFM）测量表面粗糙度的方法。 本标准适用于测量溅射成膜方法生成的、平均粗糙度Ra小于100nm的薄膜 其他非溅射薄膜的表面粗糙度的测量可以参考此方法。 2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/T27760—2011利用Si(111)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。 3术语和定义、符号和缩略语 3.1 术语和定义 GB/T27760—2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1.1 原子力显微镜 atomic forcemicroscope 利用Si（111）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。 3.1.2 溅射薄膜 sputtered thin films 利用溅射工艺在某种基体上形成的均匀的膜。 3.1.3 探针污染 tip contaminated 探针针尖的表面吸附上了其他物质，造成了针尖的污染。 3.2符号和缩略语 下列符号和缩略语适用于本文件（见表1）。 表1符号和缩略语 缩写和符号 说明 单位 AFM 原子力显微镜（AtomicForceMicroscope） Mica 云母片，用于AFM的x-y方向的原子级分辨的校正 Ra 平均粗糙度 nm Rq 均方根偏差粗糙度 nm GB/T31227—2014 表1(续) 缩写和符号 说明 单位 方向 a y方向 3 垂直于样品表面的方向 等同于特征高度 Z, nm Zmax 整个表面的最大高度差 nm 4原理 AFM是使用一个一端固定而另一端装有针尖的弹性微悬臂来检测样品表面形貌或其他表面性质 的仪器。当针尖接触到样品表面并相对于其表面运动时，同距离有关的针尖与样品间相互作用力（吸引 力或排力），就会引起微悬臂的形变，微悬臂的形变可作为样品与针尖相互作用力的直接度量。如 图1所示，一束激光经微悬臂背面反射到光电检测器，检测器不同象限接收到的激光强度差值同微悬臂 的形变量可形成一定比例关系。之反馈系统根据检测器电压的变化，通过压电陶瓷不断调整样品之轴 方向的位置，以保持针尖与样品间作用力恒定不变，通过测量检测器电压对样品扫描位置的变化，就可 以得到样品的表面形貌。 激光器 差分放大器 B 位置灵敏 探测器 微悬臂 二反馈 控制器 一样品 图像 扫描 计算机 控制电路 压电陶瓷管 图1原子力显微镜工作原理图 5测试条件 5.1 环境条件 环境温度20℃士5℃，相对湿度不大于60%。 5.2操作条件 5.2.1 本测试方法假设图像是在不被表面上非固体层（如有机物和水汽膜）干扰下得到的。 2