表面化学分析 深度剖析 中能离子散射术对硅基底上纳米尺度重金属氧化物薄膜的无损深度剖析 征求意见稿

1GB/TXXXXX—XXXX表面化学分析深度剖析中能离子散射术对硅基底上纳米尺度重金属氧化物薄膜的无损深度剖析本文件规定了一种使用中能离子散射谱（MEIS）对硅基底上无定形重金属氧化物超薄膜进行定量深度剖析的方法。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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。ISO18115表面化学分析词汇（Surfacechemicalanalysis—Vocabulary）GB/T22461.2—20233术语和定义ISO18115-1和ISO18115-2界定的以及下列术语和定义适用于本文件。ISO和IEC在以下网址维护的术语数据库供标准化使用：—ISO在线浏览平台：Https:///obp/—IEC电工百科：Https:///3.1电子阻止本领electronicstoppingpower由于与电子的相互作用，作用在带电粒子通常是α和质子上并导致粒子能量损失的延缓力。4MEIS分析的原理和建议4.1厚度小于10nm的超薄膜可以使用MEIS分析。MEIS分析时使用（100~500）keVH+或者He+离子。精确测量散射离子能量和角度，以便将测量的MEIS谱与模拟的MEIS谱进行比较。可以使用公共网站、MEIS专家实验室和MEIS制造商提供的免费代码如PowerMeis1）和SIMNRA2)中的各种程序来模拟MEIS谱。使用模拟程序计算散射截面和电子阻止本领。通常，计算出的电子阻止本领有很大的误差，因此建议使用IAEA网站4)上列出的电子阻止本领值。4.2如果表格里没有，则建议用户测量电子阻止本领，以获得更可靠的结果。可以使用各种类型的能量分析器，如环形静电分析器（TEA），磁型分析器（磁性）和TOF能量分析器。若使用本文档中规定的MEIS分析程序，根据本文档中描述的指南，超薄膜的不确定性可以低于10%。本文档适用于无定形或2GB/TXXXXX—XXXX多晶薄膜，不适用于结晶薄膜。为了减少MEIS分析的不确定度，对散射几何、离子能量、能量分辨、探测器效率、样品对准等进行额外的校准是必须的。5.1设置EIS分析的离子散射条件，如离子能量、散射角、与表面法线的入射角、离子种类和离子剂量。建议离子剂量处于静态状态（<1015/cm2但与XPS和静态SIMS等表面分析相比，MEIS分析的静态要求并不严格。5.2用于MEIS分析的样品宜平整。空气氧化、环境水和碳氢化合物吸附造成的轻微污染不会严重干扰MEIS分析。然而，如果表面污染层厚度大于1nm，则应采用溶剂洗涤或离子铣削等适当方法进行清洁。5.3测量样品的MEIS谱，将得到在特定角度下强度（counts）与能量（keV）关系的MEIS谱文件。指定所有离子散射条件，如离子束能量、离子种类、与表面法线的入射角、散射角、离子剂量或离子电流与分析时间的关系、束流半径和能量分析器类型等。5.4对于厚度约1nm超薄膜的MEIS分析，没有清晰的基线，因此其重现性可能较差。对于厚度约1nm超薄膜的MEIS分析，建议以表面面密度而不是厚度或浓度来表示MEIS分析结果。5.5如果主离子束电流过高，可能会导致探测器的多次撞击问题。在每种MEIS分析条件下，应通过比较每个MEIS系统提供的高离子束电流和低离子束电流的MEIS结果来核实数据是否受到多次撞击问题的影响。6.1可以使用附录B中所列的MEIS实验室和制造商提供的公共网站和模拟程序中的免费代码（如PowerMeis1）和SIMNRA2)中的各种程序来模拟MEIS谱。附录B中举例给出了PowerMeis1)的详细程序。在本文件中，给出了MEIS谱模拟的一般程序作为指引。大多数MEIS谱模拟程序都基于蒙特卡洛模拟或二元散射的分析计算和二元散射之间的电子阻止。建议在所有MEIS模拟中考虑多重散射。若采用离子能量低于500keV的He离子获得MEIS数据，分析超过5nm薄膜时强烈建议包含所有多重散射。SIMNRA2)提供多重散射模拟，用户可以选择是否包含该项。通常，在MEIS模拟中的积分步长、平板厚度或原子密度分别为0.1nm、0.1nm或1×1015个原子/cm2。在模拟时，用户应对线形、横截面、电子阻止本领、电荷中和和能量分散进行如下的描述。电子阻止本领的详细描述在6.2中。一般来说，简单高斯线性可以作为一级近似的基本线形。对于以质子为入射粒子、δE/E约为8x10-4的高分辨MEIS系统，建议将指数修正的高斯线性用于超薄膜。也可以根据需要选择其他选项。每个元素的线形参数σo（附加参数）由Casp5.2版程序[3]计算，其中包括每个入射粒子及其能量和目标元素。遵循Caspversion5.2中的说明。为了计算横截面，可从安德森电势、L'Ecuyer电势、Moliere电势或ZBL电势[1]中选择原子间电势。在MEIS分析中，Moliere电势被广泛使用。对于能量分散，通常选择Chu或Yang。对于电荷中和，电势范围为30keV至150keV的H+和30keV至200keV的He+，使用Marion和Young的方程[2]；而对于电势范围为400keV至500keV的He+，则使用Amstrong方程。Casp电荷-状态-分数算法3)可用于具有更好可靠性的He和其他较重离子（如果有的话）。PowerMeis提供Marion和Young的方程和Casp中和。SIMNRA不包含模拟中的中和。3GB/TXXXXX—XXXX 2)https://home.mpcdf.mpg4)可从以下网址获得：/6.2电子阻止本领由SRIM95或更近期的SRIM2013代码自动计算，使用该代码所得结果不一致性高于10%，可用于非关键的MEIS分析。然而，使用SRIM代码所得电子阻止本领在中等能量范围内可能会有重大错误。对于一致性低于10%的准确MEIS分析，建议使用式（1）所描述的IAEA中4）元素和化合物的测量所得和列表中的电子阻止本领数据。如果IAEA数据库不足或缺失，可以通过适当方法将新测量的电子阻止本领数据添加到IAEA数据库中，以提高计算的电子阻止本领的准确性。据附录C的讨论，估计IAEA数据库中电子阻止本领值的准确性低于8%。IAEA数据库的电子阻止本领可以通过拟合一组电子阻止本领数据来获得，这些数据可用于公式(1)。可用于拟合IAEA数据库的方程如式(1)所示，其中E为离子能量，Z为离子原子序数，m为离子质量。St、Sl、Sh的单位为eV·cm2/1015个原子，E的单位为keV，m的单位为u。拟合获取A、B、C、D时，可以使用 Origin或其他合适的拟合程序。sl(E)=AE(1)式中：st(E)——总电子阻止本领；sl(E)——低能电子的电子阻止本领；sh(E)——高能电子的电子阻止本领；A,B,C,D——拟合参数；E——离子能量；z——离子的原子序数；m——离子质量；根据IAEA数据4)，计算出可用的拟合参数A、B、C和D，并将其列于附录D，以方便本文件使用者。如果无法获得校正因子，离散校正因子通常情况下使用1.0即可。6.3在输出时，能量通道宽度和角度通道宽度可以根据每次MEIS分析的能量和角度分辨进行调整。能量通道宽度一般为0.1keV，获取一维光谱时，角度通道宽度宜与探测器角度宽度相同。在束流中，给出了原子序数、原子质量、束流能量及与表面法线的入射角。可以调整投射数，使其与明确指定内标的MEIS光谱实验测量值相吻合。分析仪类型可在静电、TOF和磁性中选择。对于静电和磁性分析仪，给出了每个MEIS测量获得的能量分辨半高宽(FWHM)(δE)，散射角和角度宽度(Δθ)。对于TOF分析仪，根据特定的TOFMEIS散射条件，另给出了TOF长度(L)和时间分辨(δt)。当MEIS散射数据来自于面外区域或大型探测器时，使用的是面外角和角度宽度。能量分辨FWHM(δE)或时间分辨(δt)可通过拟合重金属样品洁净表面的MEIS峰前缘来测量。GB/TXXXXX—XXXX6.4在给定了所有模拟和实验所需参数后，样本的结构就构建好了。首先，列出模拟中使用的元素。然后，根据每一层的厚度和组成构建层状薄膜结构。通常，在模拟中包含一个基底层。如有必要，可引入表面污染层或超薄膜层之间的界面层以改善拟合效果。6.5在给出所有指定的恰当值之后，开始模拟。如果所有输入参数都合适，则将给出模拟光谱。调整束流中入射源的参数，以适应总体强度或参考层的强度，例如当使用内部参考层时，测量和模拟的MEIS光谱之间的强度一致性。然后手动迭代调整各层的厚度和组成，以获得MEIS实测光谱与模拟光谱的最佳一致性。卡方检验可用于找到最佳的光谱能量范围。建议χ2计算使用的能量范围下限与基片表面峰能量相差不低于10keV。当样品中含有已知化学配比的参考层时，可选择参考层的高度以确定最小χ2从而确定入射粒子数。然后通过改变未知层峰位置的拟合能量范围来计算χ2并使其最小化，以确定未知层的组成和厚度。在没有参考层的情况下，选择适当拟合范围来计算整体χ2可获得MEIS实测光谱与模拟光谱的最佳一致性。6.6MEIS模拟程序生成每层的成分和表面面密度(1015个原子/cm2)。要将面密度转换为每一层的厚度，需要获知每一层的密度。如果MEIS分析中使用的薄膜密度是已知的，则使用该数值。但是，通常这个数值是未知的，此时可以使用堆密度。在非化学计量化合物或混合物的情况下，可以使用求和规则。根据求和规则，非化学计量化合物的密度ρ(Ax+δxBy+δy)可由式(2)估算。P(AX+δXBy+δy)=(x+δxmA+(y+δymB/{xmA+ymB/PAxBy}(2)式中：P(AX+δXBy+δy)——非化学计量化合物Ax+δxBy+δy的密度；m(A)——A组分的质量；m(B)——B组分的质量；P(AxBy)——化学计量化合物AxBy的密度；对于A和B的混合物，x%的A与y%的B的混合物密度可通过式（3）估算。PAP(Bρ(x%A+y%B=xmA+ymB)/xm(A)+ymB(3)PAP(B式（2）和式（3）中，m为以u为单位的每种元素或某种化合物的质量。将每一层的模拟面原子密度除以每一层的估算密度，即可得到每一层的厚度。使用堆密度值或由求和规则估计的密度时，从MEIS分析获得的厚度将有误差。7MEIS谱分析结果报告7.1报告所有MEIS分析条件，如离子束能量、离子种类、离子电流、表面法线入射角、散射角、离子剂量、分析时间、束流半径、包括表面污染和表面平整度的样品描述、样品制备、MEIS分析室压力、能量分析器类型和规格、探测器类型和规格。7.2应说明MEIS谱模拟的详细信息，包括模拟程序名称和所有模拟参数。7.3建议报告MEIS分析结果数值以表面面密度为单位(1015个原子/cm2)，或作为深度函数的浓度(原子分数)以面密度为单位(1015个原子/cm2)。使用体积密度，可以将其报告为浓度(原子分数)作为厚度单位(nm)深度的函数，但必须明确指出，体积密度是基于超薄膜的假设。GB/TXXXXX—XXXX实验室间测试报告A.1概述本附录提供了关于中等能量离子散射的纳米级薄膜无损深度剖面的实验室间测试报告。A.2原则12名分析人员精确测量了以Si基底上生长的一层12nmSiO2层作为基底，在该基底上生长的标称厚度分别为1nm、3nm、5nm和7nmHfO2薄膜的MEIS谱。使用了三种不同类型的MEIS探测器，包括静电型、磁型和TOF。测量的MEIS谱由每个参与实验室模拟，因此一致性较差，为15%。统一由韩国的权威实验室K-MAC模拟后，研究了导致一致性差的电子阻止本领、中和校正等因素，这使MEIS分析结果的一致性提高到接近8%。A.3样品描述样品由韩国大田的国家纳米工厂中心制备。标称厚度分别为1nm、3nm、5nm和7nm的HfO2薄膜采用原子层沉积法沉积在12nm的SiO2层基底上，该热SiO2层生长在6inchSi(001)硅片上。有助于HfO2层均匀平整生长的12nm热生长SiO2层被用作MEIS分析中的内部参考样。在6inch硅片上所沉积膜厚度的均匀性通过椭偏仪5次重复测量晶圆上的7个点进行检测。因此，厚度的标准偏差估计约为0.5%。HfO2/SiO2/Si样品的厚度还通过透射电子显微镜（TEM）进行测量。HfO2/SiO2/Si薄膜的TEM图像见图A.1，样品的平均厚度见表A.1。a）1nmHfO2/12nm热SiO2层/硅片b）3nmHfO2/12nm热SiO2层/硅片GB/TXXXXX—XXXXc）5nmHfO2/12nm热SiO2层/硅片d）7nmHfO2/12nm热SiO2层/硅片A.4测量程序A.4.1测量对于MEIS分析，测量散射离子的能量和角度以进行超薄膜的深度剖析。MEIS仪器由离子源、加速器、能量分析器和检测器组成，示意图见图A.2。离子源产生的离子被加速后撞击样品表面。用能量分析器测量被靶原子核散射的入射离子的能量。散射角由离子源、样品和探测器的几何形状决定。静电分析仪、磁分析仪、TOF分析仪被广泛用作能量分析仪。1——离子源（H+或He+2——散射粒子；7GB/TXXXXX—XXXX4——加速器；5——分析器（静电型、磁型或TOF6——样品；该RRT的12名参与者分别是南大河联邦大学（巴西）、IBMWatson（美国）、西安大略大学（加拿大）、京都大学（日本）、全球铸造（美国）、三星高级理工学院（R.O.韩国三星电子（R.O.韩国SK连牛（R.O.韩国），K-MAC（R.O.韩国），DGIST（R.O.韩国），KIST（R.O.韩国）和哈德斯菲尔德（英国）。PowerMeis模拟在K-MAC由W.Min进行。12名参与单位的实验条件见表A.2.AH0BHCHDEFGHIJK2LA.4.2MEIS谱模拟采用PowerMeis程序作为模拟工具进行分析[3]。它主要由巴西南大河联邦大学PedroGrande小组的MauricioA.Sortica和GabrielM.Marmitt开发。PowerMeis使用蒙特卡罗方法通过对随机选择的样品散射点的单个散射谱求和来模拟MEIS谱。根据离子束在介质中的路径，通过每个散射的运动学因子和电子停止能量损失来计算散射离子能量。根据每个位置的束流路径和系统分辨，通过散射计算谱峰形状。本报告用Moliere势计算散射截面。对于电子阻止本领，采用SRIM95电子阻止本领和重新拟合所得的电子阻止本领进行比较，并采用Chu模型进行散射。对静电分析仪和磁扇区的数据进行中和校正。Marion中和适用于100keV的H+和He+[2]，而Armstrong中和适用于400~500keV的He+[4]。这两种情况均可采用Casp程序，可靠性较好[5]。模拟时厚度计算使用的HfO2密度为9.68g/cm3，SiO2密度为2.2g/cm3。化学计量的热沉积SiO2(Si:O=1:2)层被用作参考层。入射粒子的数量由样品中HfO2下的热SiO2层中Si的峰高确定。通过拟合SiO2层中Si的峰高来确定入射粒子数时，需要减去Hf峰和Si峰能量范围之间的背景信号。背景信号是由多次散射或样品粗糙度引起的。从样品TEM图像看，背景似乎来自多次散射而不是粗糙度。背景信号在Si峰和Hf峰的能量范围之间几乎是恒定的。由于模拟是基于单次二元散射，因此在进行模拟分析之前，先减去多重散射对Si峰或Hf峰的贡献。MEIS分析是在模拟时通过改变样品的模型结构来匹配实验Hf峰，直到实验数据与模拟结果之间的差异最小。为简单起见，忽略HfO2层与SiO2层之间的界面以及SiO2层与Si基底之间的界面。调整HfO2的厚度值以适应Hf峰的半高宽。图A.3中，黑色实心线是实验数据，红色线则是组成固定的HfO2(Hf:O=1:2)的模拟线，入射粒子很多以适应293keV到300keV的SiO2高度。可以看出，黑线和红线显示的Hf峰略有差异，将红线中Hf的高度乘以常数C，生成与黑线一致的绿线，使Hf的组成增加至0.33×C。8GB/TXXXXX—XXXX对于所有的模拟，从SRIM95计算或重新拟合获得的电子阻止本领可获得相同的HfO2电子阻止本领，具体如下所述。X——以keV为单位的能量；Y——以计数为单位的散射离子强度。A.4.3SRIM电子阻止本领在RRT中利用PowerMeis模拟程序自动计算获得的SRIM95电子阻止本领，得到了Hf浓度和HfO2层厚度。采用Moliere电势[6]和Chu散落[7]的散射截面。结果总结见表A.3。7nm样品数据的平均值为Hf浓度32.3%，厚度6.52nm，数量1.74×1016原子/cm2。7nm样品数据的标准偏差为浓度1.7%，厚度1nm，Hf的数量或表面面密度为2.31×1015原子/cm2。相对标准偏差为浓度5.3%，厚度15%，Hf数量13.3%，这太高了，无法成为常规的实用分析方法。表A.3使用SRIM95电子停止、Moliere电势Hf的数量(1×1015原子/cm2)ABCDEFGHIJKL注：对于磁扇区和静电分析仪的结果，Marion中和用于100keVH+和He+，而Armstrong中和则用于400keV到500keV的A.4.4新拟合的电子阻止本领9GB/TXXXXX—XXXX为了消除歧义，测量了62.3keV和100keVHe+在SiO2上的电子阻止本领，并将其添加到IAEA公开的He+在SiO2上的电子阻止本领数据集中，以获得新的拟合电子阻止曲线。增加了两个新测量的电子阻止本领值，这两个值是通过100keVHe+在两个不式(1)所示，拟合结果如表A.4所示。E是离子能量，Z是离子的原子序数，m是离子的质量。St、SIa）H+入射到SiO2上b）H+入射到HfO2上c）He+入射到SiO2上d）He+入射到HfO2上X——能量（keV）Y——电子阻止本领（10eVcm/原子）1——从IAEA实验数据（分散的圆点）获得的拟合电子阻2——SRIM95a——新测量的额外电子阻止值GB/TXXXXX—XXXX2/u·1012原子]D2.95×10-34.56×10-2-22.09×10-34.80×10-12.62×10-22.56×10-1为使用新拟合的电子阻止本领，PowerMeis程序引入了电子阻止本领校正系数。新拟合的电子阻止本领值通过将每层的校正系数乘以在SRIM95中已输入PowerMeis程序的值获得。电子阻止本领取决于入射离子能量、入射离子种类和样品组成，因此其在碰撞前后将发生变化。因此，校正因子需考虑入射和散射离子束路径、SRIM95获得的电子阻止本领、E0和KE0的新拟合电子阻止本领。单元层的校正因子通过公式（A.1）获得。K是散射角的运动学因子，α是入射角，β是出射角，E0是离子的初始能量。由于此次实验室间测试的样品足够薄，并且没有变角实验，因此除非发生散射事件，离子束在传输过程中的能量变化不是很显著。因此，认为从入射路径的E0到出射路径的KE0，电子阻止本领均没有显著变化。式中：C1——校正因子；Ss——SRIM计算得到的电子阻止本领；SN——新拟合的电子阻止本领。使用新拟合的电子阻止本领再次进行MEIS分析，如表A.5所示。7nmHfO2层Hf浓度平均值为31.5%，厚度为6.25nm，Hf数量为1.63×1016原子/cm2。7nm样品的标准偏差为浓度2.3%，厚度0.28nm，Hf数量1.15×1015原子/cm2。相对标准偏差为浓度7.3%，厚度4.5%，Hf数量7.0%，与表A.3相比有明显改善。采用新拟合的电子阻止本领对数据一致性的改善十分明显，这表明使用准确的电子阻止本领对于定量、可靠地进行MEIS分析至关重要。需要指出的是，与厚度大于3nm的HfO2层相比，1nmHfO2中Hf浓度的相对标准偏差相比厚度和数量的相对标准偏差仍然较差。对于1nm的HfO2层，Hf峰的平台并未清晰显现，因此对于1nm以下的超薄膜的MEIS分析可靠性不够。对于厚度约为1nm的超薄薄膜，建议用表面面密度而不是厚度或浓度来表示MEIS分析结果。Hf的数量(1×1015原子/cm2)ABCDEFGHIJGB/TXXXXX—XXXXKL注1：使用了Moliere势能[6]和Chu散落[7]。A.4.5比较图A.5为采用SRIM95电子阻止本领和新拟合的电子阻止本领对比分析所得7nmHfO2样品的Hf而，厚度和Hf数量的一致性较差。无论分析仪类型如何，使用80领对于MEIS定量分析至关重要。SRIM95的电子阻止本领可以作为起点值，但如果IAEA主页上有提供的数据不足，则可由每个用户进行测量，以便进行更可靠a)使用SRIM95所得7nmHfO2样品的浓度结果b）使用新拟合电子阻止本领所得7nmHfO2样品的浓度结果c)使用SRIM95所得7nmHfO2样品的厚度b）使用新拟合电子阻止本领所得7nmHfO2样品的厚度GB/TXXXXX—XXXXd)使用SRIM95所得7nmHfO2样品中Hf的数量b）使用新拟合电子阻止本领所得7nmHfO2样品中HX——参与者Y1——Hf的浓度Y3——Hf的数量（1×1015原子/cm2）——100keV的He+——300keV到500keV的He+——80keV到100keV的He+-————-——平均A.4.6电子阻止本领的测量该报告包括新测量的62.3keVHe+和100keVHe+SiO2的电子阻止本领[9]。由于没有SiO2中15keV至100keVHe+的数据，因此需要通过测量提高大约100keV范围内电子阻止本领的精度。将该值添加到IAEA中He+在SiO2上的电子阻止本领数据中，得到新的拟合电子停止曲子阻止本领值。MEIS在测量能量为KE0处的谱高由式(A.2)给出。它受阻止功率、入射角、散射角ΔEch为能谱通道宽度，σ为散射截面，Ω为探测器的立体角。式(A.2)中有两个未知值（S1和S2），β1和β2为出射角，Y1和Y2分别为公式(A.3)和(A.4)所示各实验的结果，θ为KE0,α1,β1(A.3)KE0,α2,β2(A.4)GB/TXXXXX—XXXX式中：K——运动学因子；S1——入射路径中E0的阻止本领；S2——出射路径中KE0的阻止本领；1，α2——入射角β2——出射角C——元素的浓度Q——入射离子的数量；ΔECh——能谱的通道宽度；σ——散射横截面；Ω——检测器的立体角；θ——散射角。2——入射角2——出射角测控制，探测器效率则通过具有足够电子阻止本领数据库的银来调整。探测器效率使用Ag校准，A.5实验室间测试结果摘要通过实验室间测试，研究了标称厚度为1nm、3nm、5nm和7nm的HfO2样品中Hf的在Moliere电势[6]和Chu离散[7]的K-MAC下分析数据。对于磁扇区和静电分析仪的数据分析，对100GB/TXXXXX—XXXX新拟合后的电子阻止本领进行了比较。结果表明，重新拟合后的电子阻止本领在Hf浓度、Hf数量结果。实验室间试验表明，使用正确的电子阻止本领对MEISGB/TXXXXX—XXXX（资料性）MEIS光谱模拟程序源代码列表和使用PowerMeis进行MEIS谱模拟的程序B.1使用自定义谱图模拟程序的MEIS实验室列表B.2使用PowerMeis的MEIS谱模拟过程B.2.1可使用PowerMeis程序1)模拟MEIS谱。PowerMeis模拟时，需要输入下述的几个数据。算法中，交互次数为106，积分步长为1Å,体素尺寸为1Å。对于积分法，一般选择默认MC。在计算时，对于线形、横截面、能量阻止功率、能量分散等，一般选用指数修正高斯、Corrected、SRIM和Chu。对于电荷中和，100keV的H+和He+使用Marion方程，400keV到500keV的He+使用Armstrong方程。对超薄膜的分析，Casp电荷态分数算法对He离子具有较好的可靠性；而对其他较重的离子，指数修正的高斯具有较好的可靠性。修正截面由Moliere势计算。如果可以获得IAEA数据库3)测量的电子阻止本领，建议尽量使用该数据以获得更可靠的结果。为了使用IAEA表格中的电子阻止本领值，计算B.2.2中给出的校正因子，并输入校正因子dE/dx比，用于样品的结构分析。如果IAEA数据库不足或缺失，可以通过适当方法将新测量的电子阻止本领数据添加到IAEA数据库中，以提高计算所得电子阻止本领的准确性。IAEA数据库的可靠性见附录C。在输出时，MEIS分析采用简单的直方图模式，能量通道宽度(dE)、角度通道宽度(dθ)、最小能量(Emin)和最大能量(Emax)分别为0.1keV、20°,适合当前MEIS分析的最小能量值和最大能量值。能量通道宽度和角度通道宽度可以根据每次MEIS分析的能量分辨和角分辨进行调整。对于束流，入射粒子一般是离子，但使用分子离子时也可选择分子。粒子的xsr通常为1012，但可以调整以适应实验测量的MEIS谱。原子序数、原子质量、束流能量、表面法向入射角均与特定的离子散射条件有关。对检测器而言，检测器类型在静电型、飞行时间和磁型中选择。对于静电型和磁型检测器，给出了每个MEIS分析后的能量分辨FWHM(δE)，散射角(θ)和角度宽度(Δθ)。对于TOF型检测器，根据特定的TOFMEIS散射条件，另外给出了以m为单位的TOF长度(L)、时间分辨率(δt)、面外角(α)和面外角度宽度(δα)。在使用大立体角检测器的面外区域的TOFMEIS散射数据时，需要考虑面外角和角度宽度。能量分辨FWHM(δE)或时间分辨(δt)可以通过拟合清洁表面MEIS峰的前沿来测量。在图中，谱型一般可以选择1D。通过“上传实验”按钮上传MEIS谱的强度与能量的文本文件。在给定了所有的模拟输入参数和实验参数后，试样的结构就建立起来了。首先，点击“元素”，生成模拟中使用的元素列表。对于每个元素的线形参数，σ0(附加参数)在首次近似中可以设为零。对于δE/E分辨约为8×10−4、入射粒子为质子的MEIS系统，建议采用Casp5.2计算线形参数。用Casp5.2程序3计算GB/TXXXXX—XXXX每个入射粒子及其能量和目标元素的线形参数σ0(附加参数)。遵循Casp5.2中的说明。将计算所得线形参数作为每个元素对应的附加参数，用于样品结构的分析。然后点击“化合物”，生成模拟中使用的化合物列表。给出密度以将数字密度转换为深度标尺。如果MEIS分析中使用的薄膜密度是已知的，则使用该数值。但是这个数值通常是未知的，所以仅能使用体积密度。对于非化学计量化合物或混合物，只需使用加和规则。根据加和规则，非化学计量化合物的密度ρ可通过公式（B.1）估算。P(Ax+δxBy+δy)={(x+δxmA+(y+δymB}/[{xm(A)+ym(B)}/ρAxBy(B.1）式中m是以u为单位的每个元素或化合物的质量。对于A和B的混合物，A占x%和B占y%的混合物密度可以通过公式（B.2）估算。ρ(X%A+y%B)={xm(A+ymB)}/f+}(B.2)式中m是以u为单位的每个元素或化合物的质量。使用体积密度值或由PowerMeis中的求和规则估算的密度可能会对MEIS分析获得的深度产生误差。对于散落校正因子，即dw2/dx比值，如果没有校正因子，一般情况下使用1.0即可。点击“层”构建层状薄膜结构。给出每一层的厚度(单位为Å)和化合物名称。第一层是基底层，而不是表面层。如有必要，可引入表面污染层或超薄膜层之间的界面层以改善拟合结果。B.2.2电子阻止本领由SRIM代码自动计算，可用于非关键性MEIS分析，其不一致性大于10%。然而，来自SRIM的电子阻止本领在中等能量范围内可能有显著的误差。对于一致性低于10%的精确MEIS分析，建议使用IAEA3）中元素和化合物的测量和列表中的电子阻止本领数据，如式(1)和(A.1)所示。如附录C所述，估计IAEA数据库中电子阻止本领值的准确性低于8%。通过拟合一组电子阻止本领数据，可以得到IAEA数据库中的电子阻止本领。拟合数据的方程如式(1)所示。根据IAEA数据，为方便用户，计算并将可用的拟合参数A、B、C和D列在附录D中。修正系数的确定考虑了SRIM的入射/出射束流路径和电子阻止本领以及E0和KE0的新电子阻止本领。单元层的校正系数由式(A.1)求得。K为散射角的运动因子，α为入射角，β为出射角，E0为离子的初始能量。由式(A.1)得到的修正因子可用于化合物dE/dx比中的非弹性能量损失校正。dω2/dx比值为1.0，无散落校正。B.2.3输入指定且恰当的数值后，点击“开始”。调整束流中入射粒子数量(粒子数×Sr)的参数，以使其与参考层的强度相适应，例如当使用内部参考层（粒子×Sr）计算时，使测量得到的MEIS谱与模拟的MEIS谱相匹配。然后手动迭代调整各层的厚度和组成，以获得MEIS实测谱与模拟谱的最佳一致性。可以使用χ²计算帮助在适当选择的能量范围内找到最佳一致性。χ2计算中的能量范围下限建议不低于基底表面峰的10keV。当样品中含有已知化学计量比的参考层时，可选择参考层的高度，生成最小χ2的计算结果，确定入射粒子数。然后通过改变未知层峰位置的拟合能量范围，计算并最小化χ2，确定未知层的组成和厚度。在没有参考层的情况下，采用适当拟合范围的整体χ2计算可获得MEIS实测谱与模拟光的最佳一致性。GB/TXXXXX—XXXX（资料性）IAEA电子阻止本领数据的可靠性C.1概述附录A中的实验室间测试报告表明，使用正确的电子阻止本领对MEIS定量分析至关重要。建议将IAEA的核数据服务作为电子阻止本领数据的可靠来源。本文件讨论了基于从IAEA核数据服务3)中获取的中能范围内平均归一化差异及其标准差的统计分析，来评估IAEA电子阻止本领数据的可靠性。对于特定范围的入射粒子原子数Z1和靶原子序数Z2，对于一定范围内比能E/A1（其中Z1为入射粒子的原子序数，E为入射粒子的能量，A1为入射粒子的质量数）的每一个数据点，归一化差δ的计算公式为(C.1):δ=100×(sxp−sl/sxp)(C.1)此处，通过公式(C.2)获得的SP为质量阻止本领，ρ是密度。sp=s/p(C.2)S，-dE/dx是线性阻止本领，x为路径长度。在每一个特定能量范围内，平均归一化差值Δ<δ>是确定的，其标准偏差σ通过式（C.3）计算。σ=δ2−(δ2(C.3)此处，<>表示未加权平均值，Sexp是从我们收集获得的实验阻止本领，Stbl是从特定阻止本领表或程序中获得的相应值。一个小的|Δ|通常表示表格数据与实验数据吻合良好，而标准差σ与实验数据的准确性相关。如果|Δ|很小且这种情况经常发生，则可以将σ视为通过实验确定的表格准确性的一个衡量标准。详情请浏览主网。C.2元素中质子和α的统计分析由于ZBL85和SRIM2003程序在MEIS分析模拟中应用最为广泛，因此本文件将在此介绍它们的结果。对于0.01MeV到0.1MeV的能量范围，ZBL85和SRIM2003对于17种固体元素中H离子的平均归一化差Δ±σ（以%表示）分别为-1.2±12和0.6±11。ZBL85和SRIM2003对于16种单质固体中He离子的平均归一化差Δ±σ（以%表示）分别为-2.6±5.7和-0.1±3.2。在0.1MeV到1MeV的能量范围内，ZBL85和SRIM2003对于17种固体元素中H离子的平均归一化差Δ±σ（以%表示）分别为-3.0±7.8和-0.9±6.8。ZBL85和SRIM2003对于16个单质固体中He离子的平均归一化差Δ±σ（以%表示）分别为0.7±5.8和0.5±5.4。氢离子涉及的固体元素数量为17种，氦离子涉及的固体元素数量为16种。综上所述，PowerMeis计算的单质固体中H+和He+的电子阻止本领的可靠性分别小于12%和6%。C.3化合物中质子和α的统计分析此处介绍了SRIM2003（CAB:使用中心原子钡校正）程序对约150种化合物的测定结果。在0.03MeV到0.3MeV的能量范围内，SRIM2003对于H+和He+的平均归一化差Δ±σ（以%±7.5和0.9±6.7。在0.3MeV到3.0MeV的能量范围内，SRIM2003对于H+和He+的平均归一化差Δ±σ（以%表示）分别为1.5±6.3和-0.8±4.1。综上所述，PowerMeis计算的H+和He+对化合物的电子阻止本领的可靠性分别小于8%和7%。GB/TXXXXX—XXXX（资料性）据IAEA数据库拟合参数A、B、C和D为了方便用户，韩国K-MAC公司的WonjaMin使用Origin拟合程序从IAEA数据库中估算了拟合参数。在拟合中排除了极端异常值。ZABCDH1HH2H3H4H5BH6CH7NH8OH9FHNeHNaHHAlHHPHSHHArHKHHHHVHHHHHNiHHZnHHHAsHHHKrHH