上海訊 8月27日，本報從上?？萍即髮W獲悉，該校物質科學與技術學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)等先進薄膜制備技術的發(fā)展促進了材料科學研究的繁榮。如今科學研究以及器件應用已不斷深入到材料的表面和界面層次，這就對高質量平整薄膜的制備提出了更高的要求。而當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量反饋效率不僅限制了科學研究的效率，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前亟待攻克的一大技術難題。

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備，被廣泛應用于薄膜層厚及外延質量的原位監(jiān)測。然而此前研究并沒有將RHEED與薄膜粗糙度定量關聯(lián)在一起。上?？萍即髮W物質學院翟曉芳課題組從RHEED的基本原理出發(fā)，構建了RHEED衍射斑尺寸及不對稱性與薄膜粗糙度的定量關系（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確性（圖2-3）。該方法將極大提高高質量薄膜制備的效率，從而助力薄膜材料科學研究以及薄膜工業(yè)的發(fā)展。相關研究以“In-situ quantification of the surface roughness for facile fabrications of atomically smooth thin films”為題，發(fā)表于知名學術期刊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，物質學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啟動經費、國家自然科學基金的支持。（上科大宣）