介孔二氧化硅薄膜(通常指厚度在 300 到 900 納米的薄膜材料)在傳感器、低介電薄膜等眾
多領域都有著廣泛應用。在薄膜中引入介孔有利于進一步降低材料的介電常數?？梢哉f二氧化硅薄
膜的介電常數與材料的孔徑分布和孔容密切相關，通常情況下，小于 10 納米的介孔對于降低薄膜
的介電常數能起到重要作用。而薄膜中的大于 10 納米的孔往往是此類材料研發(fā)、制造過程中導致
器件制造失敗的原因。但是，測量這類薄膜中的孔徑分布和孔容卻相當困難。氣體吸附法是 10 納
米左右孔的常規(guī)表征方法。一般而言，氮氣、氬氣和氪氣在 77.35K 或 87.27K 的吸附可用以計算多
孔材料的比表面積、孔徑、孔分布和孔容，卻不能用常規(guī)的氮氣和氬氣對薄膜材料進行表征。這是
由于薄膜材料的總孔體積和表面積都非常小，因此由吸附所產生的壓力差也極小。
近期，已經建立了全新的薄膜材料孔徑測定方法，將氪氣用于孔徑測量。該方法已經被內置于
3H-2000系列全自動物理吸附分析儀中。該方法不僅適用于二氧化硅類的介孔薄膜材料，同
時對表面氧化性的介孔材料均適用。
該方法選擇使用的是液氬溫度(87K)而不是液氮溫度(77K)，這是因為：
1)飽和蒸汽壓的不同。氪氣在 77K 的飽和蒸汽壓(升華)約為 1.6torr， 在 87K 則約為 13torr。
在使用配備分子泵和低壓傳感器的裝置的情況下，13torr 的飽和蒸汽壓可以為孔徑分析，甚至
微孔分析(最低至 0.7 納米)提供足夠分辨率。
2)物理現象的數學表達與孔徑變化呈一定的比例關系是孔徑分析的前提條件。研究表明，在 77K
溫度下氪氣在孔道中會同時發(fā)生毛細管凝聚和凝華現象。但在 87K 時僅發(fā)生毛細管凝聚。
應用該方法時，首先對氪氣在液氬溫度下的吸附進行校正。校正過程如下：
1，用孔徑公認的高度有序介孔材料作為參考樣品(如 MCM-41、SBA-15 或 MCM-48)在氮
氣(77K)和氬氣(87K)條件下進行吸附測定，并由 NLDFT 方法計算得到幾何形狀的孔
徑和孔容(已外推至微孔區(qū)間)。
2，測量上述材料的氪氣(87K)等溫線，并根據第一步的收獲對孔徑進行關聯。由此，薄膜孔
徑分布可由 NLDFT 方法得到。
3，凝聚在孔道中的液相氪密度可由(a)第一步中使用的已知的介孔材料的孔容和(b)氪氣的
吸附量計算得到。在試驗中得到的平均液相氪密度為 2.6g/cm3，與理論計算值一致。繼而，
由液相氪的密度可計算出薄膜的總孔容。
