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Sandbox Physics

E60 · 电子激发与表面谱学

扫描俄歇：表面几纳米

逐表面像素扫描两段俄歇谱。用计数侧带扣背景，对存储谱求导，并在计数、逃逸深度和束流损伤之间取舍，反演剩余膜厚。

交互模型扫描俄歇：表面几纳米
所选氧净计数—\text{—}
所选铜净计数—\text{—}
计数推断膜厚—\text{—}
独立未损伤剩余厚度—\text{—}
分辨像素的平均误差—\text{—}
所选较弱峰信噪比—\text{—}
分辨像素比例—\text{—}
百分之九十五法向逃逸深度—\text{—}
累积入射剂量—\text{—}
指定响应变化比例—\text{—}
实验目标—\text{—}

物理教程

扫描俄歇：表面几纳米

背景逐表面像素扫描两段俄歇谱。用计数侧带扣背景，对存储谱求导，并在计数、逃逸深度和束流损伤之间取舍，反演剩余膜厚。

为什么值得理解目标：膜厚平均误差不超过 0.25 纳米，分辨像素至少百分之九十，所选像素信噪比至少 8，分析器半高宽不超过 12 电子伏特，指定变化比例不超过百分之十二。

先抓重点

核心问题
干净的元素图，会掩盖受损的化学信息吗？
一句话直觉
计数导出的图仍取决于背景扣除、逃逸几何与样品能否保持原状。

核心数学模型

近表面权重

ℓn=λcos⁡θqO=1−e−t/ℓnqCu=e−t/ℓn\begin{aligned}\ell_n&=\lambda\cos\theta\\q_O&=1-e^{-t/\ell_n}\\q_{Cu}&=e^{-t/\ell_n}\end{aligned}

相同的指定逃逸长度和灵敏度，在剂量引起响应改变前成立。

采集窗口反演

Si=∑j∈Wi(Nj−B^j)q^O=SOSO+SCut^=−ℓnln⁡(1−q^O)\begin{aligned}S_i&=\sum_{j\in W_i}(N_j-\widehat B_j)\\\widehat q_O&=\frac{S_O}{S_O+S_{Cu}}\\\widehat t&=-\ell_n\ln(1-\widehat q_O)\end{aligned}

侧带计数估计线性背景。弱信号或饱和像素保持未分辨；模型假定相同灵敏度。

计数与累积剂量

Ninc=IτeD=nENincp2s=e−aD/Dc\begin{aligned}N_{inc}&=\frac{I\tau}{e}\\D&=\frac{n_E N_{inc}}{p^2}\\s&=e^{-aD/D_c}\end{aligned}

停留按每能量位置计算。剂量含每像素全部 140 个位置；存留律为指定模型。

常见难点

分开参考与数据

容易误解理想输入就是推断结果。

正确理解金色已知输入是独立核验；青色结果只使用存储计数。

曝光并非解决所有误差

容易误解足够计数保证正确答案。

正确理解计数降低计数噪声，但背景误差、标定、有限仪器宽度与指定损伤仍存在。

动手实验

  1. 01

    预测错误元素图

    比较未扣背景与分辨薄膜预设。观察两段原始谱和净产额图。

    应该观察到： 连续背景在对应元素信号很弱时仍提供计数。
  2. 02

    处理同次数据

    改变所选像素和导数平滑。切换侧带扣除，不改变采集。

    应该观察到： 平滑改变导数，不改变存储谱或厚度估计。
  3. 03

    检验表面灵敏度

    增加收集角，再移除一纳米。比较推断厚度与独立已知剩余膜。

    应该观察到： 掠射收集压低埋藏铜信号；溅射改变剩余表面。
  4. 04

    平衡信息与变化

    恢复法向收集，收窄分析器响应，扣背景，并只按需要增加停留。核对目标。

    应该观察到： 更长曝光可提高信噪比，同时偏离未损伤参考。