LB膜LB膜技術LB膜成膜原理LB膜結構類型及淀積方法

LB膜技術特點

第1頁Langmuir-Blodgett薄膜Langmuir-Blodgett(LB)膜是一個有序薄膜。LB膜技術可在分子水平上準確控制薄膜厚度。

LB膜是用特殊裝置將不溶物膜按一定排列方式轉移到固體支持體上組成單分子層或多分子層膜。該膜最早由朗繆爾和布勞杰特提出而得名，是利用langmuir-blodgett技術制備超薄膜。LB膜研究提供了在分子水平上依照一定要求控制分子排布方式和伎倆，對研制新型電子器件及仿生元件等有廣泛應用前景。在微電子技術中可應用它生產高性能集成電路器件第2頁Langmuir-Blodgett薄膜Langmuir-Blodgett(LB)膜是一個有序薄膜。LB膜技術可在分子水平上準確控制薄膜厚度。

第3頁LB膜發展歷史單分子膜研究開始于18世紀，B.Franklin將一匙油滴在半英畝池塘水面上鋪展開。1890年L.Rayleigh第一次提出單分子膜概念。二十世紀二三十年代，美國科學家I.Langmuir系統研究了單分子膜性質而建立了完整單分子膜理論。及其學生K.Blodgett一起建立了一個單分子膜制備技術，并成功將單分子層膜轉移沉積到固體底物之上。上世紀六十年代，德國科學家H.Kuhn首先意識到運用LB膜技術實現分子功效組裝并組成份子有序系統。第4頁LB膜技術所謂LB膜是指將含有親水基和疏水基兩性分子在水面上形成一個分子層厚度膜（即單分子膜）以一定方式累積到基板上技術，累積于基板上膜稱為LB膜。其制膜過程是先將成膜雙親性分子溶于揮發性溶劑中，滴在水面上，即可形成成膜分子單分子層，然后施加一定壓力，并依靠成膜分子本身自組織能力，得到高度有序、緊密排列分子，最終把它轉移到基片表面

第5頁LB膜成膜原理LB膜材料在亞相上展開機理經典LB膜材料及有序單分子層形成亞相液面上單分子膜特征參數及狀態

第6頁LB膜材料在亞相上展開機理

將一定量微溶物或不溶物B置于液體A上（在LB膜方法中，A稱為亞相），使其開始時以適當厚度存在要使成膜材料在亞相上自發展開，必須將含有低表面張力液體放在高表面張力液體上。反之，高表面張力液體預期不能在含有低表面張力液體上展開

因為表面成膜物稱重很不方便，所以制備LB膜普通方法是將極其微量成膜材料溶于揮發性溶劑中，然后滴于亞相表面上，展開成膜。當溶劑揮發后，留下單分子膜。這種揮發性溶劑在亞相水面上展開系數必須大于零，才能使鋪展得以進行。比如，氯仿、苯等便是滿足此條件溶劑。

第7頁LB膜槽示意圖第8頁LB膜種類X型Y型Z型y型沉積(基片—頭—尾—頭—頭…)基片在上升和下降時均可掛膜.所得LB膜層與層之間是親水面與親水面,疏水面與疏水面相接觸.這種形式最為常見.z型沉積(基片—頭—尾—頭—尾…)與x—型膜相反,基片上升時掛膜,下降時不掛.要求基片表面為親水性x型沉積(基片—尾—頭—尾—頭…)，基片只在下降時掛上單分子膜,而在上升時不掛膜.所得膜特點是每層膜疏水面與相鄰親水面接觸.所用基片表面應是疏水性.第9頁LB膜結構類型

第10頁LB層狀膜結構~10nmHeadtoheadTailtotailHeadtotailTailtoheadXYZ第11頁經典LB膜材料及有序單分子層形成

LB成膜材料必須含有雙親基團（也稱作兩性基團），即親水基團和疏水基團，而且親水基團和疏水基團百分比應比較適當。首先，分子應該含有與水有一定親協力親水端，另首先，分子應該同時含有足夠長疏水端，使分子能都在水面上鋪展而不溶解。假如作為分子整體親水性強，則分子就會溶于水，假如疏水性強，則會分離成相。正是這種既親水又疏水特殊LB膜材料，才能夠保持“兩親媒體平衡”狀態，它能夠在適當條件下鋪開在液面上形成穩定單分子膜，而又不凝聚成單獨相，從而能夠直接淀積于基板上形成LB膜。可見親水基和疏水基具備對于LB膜形成含有主要意義。*相：系統中含有相同化學屬性和物理特征一個狀態。第12頁常見親水基和疏水基親水基：—COOK—SO3Na—COONa—SO3Na—N(胺)—COOH—OH等疏水基：—CH2—

—CH2=CH—

—CH2—CO—CH2—

—CF2—

—CF3等

第13頁先將兩性成膜材料溶解到諸如氯仿等有機溶劑中，再將其滴注到亞相液面上，待亞相液面上溶劑揮發后，含有雙親基團分子便留在液面上。親水與疏水共同作用結果是：在液面上形成單分子層，親水基團位于靠近水一側，而疏水基團則位于空氣一側當用擋板對亞相液面上單分子層進行壓縮時，因為親水基團和疏水基團作用，就使得分子一個個整齊地“站立”于亞相表面上，從而形成了整齊有序密集排列單分子層

氣—液界面上單分子層示意圖

整齊排列單分子層示意圖

第14頁亞相液面上單分子膜特征參數及狀態

表面壓π

表面電勢

表面粘度

第15頁表面壓π

不溶物或難溶物LB膜材料在亞相水面上形成單分子層后，表面膜中分子含有二維空間熱運動，這種熱運動將對四面圍邊緣產生壓力，這種壓力與純溶劑時表面分子產生壓力是不等，這就是表面壓（又稱為膜壓）起源。我們定義表面壓為純溶劑表面張力r0與沉積了膜后表面張力r之差。（單位：mN/m或dyn/cm）

膜壓π測定方法通常有以下兩種：第一個是Wilhelmy吊片法；第二種是用膜天平直接測定壓力π。

第16頁表面電勢

表面電勢是指液體表面和金屬探針表面之間Volta電勢差。在鋪膜前后，這種電勢差是不一樣。

第17頁①氣態膜在此狀態下，每個分子所占面積很大，分子自由地浮動，大多數分子平躺在亞相表面上，彼此間沒有多大作用力，分子之間相互孤立，呈二維氣體狀態。此時表面壓普通在0.01-0.001mN/m，靠近于零。理想π-A等溫曲線

第18頁②液態膜伴隨擋板對單分子層擠壓，表面積縮小，分子間作用力逐步增加，壓縮使氣態膜逐步轉變為二維液態膜。液態膜含有粘結性，有一定程度協同相互作用，也稱為流動態膜。其π-A曲線外推到π為零時面積比分子實際橫截面積大，結構上含有一定渙散性或無組織性。它又能夠詳細地分為液態擴張膜和液態凝聚膜。第19頁③固態膜在此狀態下，單分子層中分子盡可能靠近。這種構型中，表面膜分子垂直或以某一角度傾斜于底相表面，是一個密度大而又堅硬或可塑相。此時膜就是LB膜，是我們所需要單一、均勻分子膜。其可壓縮性很低，π-A曲線幾乎是垂直，此時狀態方程近似為（其中a，b為常數）第20頁當擋板繼續移動，因為越過單分子膜彈性程度，膜就產生重合。最終會造成π-A曲線拐折或斷裂，密集排列單分子層瓦解，有可能凝聚成核至核體，或者形成雙分子層或多分子層。由圖可知，不一樣狀態在π-A曲線上都有一拐點和突變。經過分析π-A曲線在各個狀態時表面壓，就能夠確定單分子層累積最正確表面壓，取得完整、均一、無缺點單分子層。

第21頁LB膜淀積方法

當前制備LB薄膜主要方式有，垂直提拉法、水平附著法、亞相降低法、單分子層掃動法、擴散吸附法等等。第22頁（1）垂直提拉法

利用適當機械裝置，將固體（如玻璃載片）垂直插入水面，上下移動，單分子膜就會附在載片上而形成一層或多層膜。

第23頁（2）水平附著法在拉膜前，首先將固體載片上涂敷一層硬脂酸，然后將其水平接觸液面上單分子層膜（如圖所表示）。同時將擋板置于固體載片兩側，提拉固體載片。重復此過程，就可形成X型LB膜。它能夠很好地保留分子在液面上凝聚態和取向。

第24頁LB膜技術特點

LB膜技術優點LB膜技術缺點第25頁LB膜技術優點（1）膜厚為分子級水平（納米數量級），含有特殊物理化學性質；（2）能夠制備單分子膜，也能夠逐層累積，形成多層LB膜或超晶格結構，組裝方式任意選擇；（3）能夠人為選擇不一樣高分子材料，累積不一樣分子層，使之含有各種功效；（4）成膜可在常溫常壓下進行，不受時間限制，所需能量小，基本不破壞成膜材料高分子結構；（5）LB膜技術在控制膜層厚度及均勻性方面遠比常規制膜技術優越；（6）可有效地利用LB膜分子本身組織能力，形成新化合物；LB膜結構輕易測定，易于取得分子水平上結構與性能之間關系。

第26頁LB膜技術缺點（1）因為LB膜淀積在基片上時附著力是依靠分子間作用力，屬于物理鍵力，所以膜機械性能較差；（2）要取得排列整齊而且有序LB膜，必須使材料含有兩性基團，這在一定程度上給LB成膜材料設計帶來困難；（3）制膜過程中需要使用氯仿等有毒有機溶劑，這對人體健康和環境含有很大危害性；(4)制膜設備昂貴，制膜技術要求很高。

第27頁LB膜材料基本要求1.兩親性材料成膜分子通常含有兩親性：親水端，如－COOH；疏水脂肪鏈（C16－C22）。第28頁2.溶劑選擇化學惰性，不與成膜物質和亞相反應；對成膜物質有足夠溶解能力；不溶解于亞相；揮發速度適中；含有相對較低密度；高純度。第29頁3.亞相

亞相通常為超純水，有時也會引入金屬離子。第30頁4.基片慣用基片有石英玻璃、硅片、CaF2片、云母片、ITO導電玻璃、不銹鋼片、半導體基片和鉑、金等金屬片。基片用于沉積LB膜之前經常要進行親水或疏水處理。第31頁LB膜應用：

電子束刻蝕、潤滑材料、分子導線和二維導電膜、超薄絕緣膜、液晶器件（鐵電液晶表面取向）、光電轉換膜（分子電池和分子開關）、電光轉換膜（電致發光平板彩色顯示器）、光致變色膜（高密度并行多信號統計材料、非線性光學膜（各種非線性器件）、各類傳感器（紅外，氣敏等）、仿生膜（嗅覺、視覺等人工器件）等等第32頁表面分子自組裝研究及應用第33頁SA（selfassembly)膜自組裝定義自組裝膜主要特點單分子自組裝膜介紹硅烷衍生物SA多層膜含有非線性光學特征無中心對稱SA膜靜電力自組裝沉積多層膜第34頁所謂自組裝(self-assembly)，顧名思義就是自發地組裝，通常是經過分子間化學鍵或超分子作用在一定條件下自發地形成特定有序結構。當前，自組裝體系研究不但限于膜體系，還包含納米管、微陣列等組裝。分子自組裝定義第35頁自組裝膜主要特點自組裝膜是自組裝技術研究中最先研究也是最可能在電子器件中得到實際應用體系，是含有一定功效特征分子經過化學鍵作用自發吸附在固/液或氣/固界面而形成熱力學穩定和能量較低有序膜。其主要特點為：(1)原位自發形成；(2)熱力學穩定；(3)不論基底形狀怎樣，其表面均可形成均勻一致覆蓋層；(4)高密度堆積和低缺點濃度；(5)分子有序排列；(6)可經過人為設計分子結構和表面結構來取得預期界面物理和化學性質；(7)有機合成和制膜有很大靈活性和方便性第36頁單分子自組裝膜介紹

自組裝成膜技術在1946年最先由Bigelow等人進行了描述，其合作者Zisman在1964年說明了自組裝成膜原理[32]。Sagiv在1980年首次報道了自組裝單分子膜，他報道了在固體基片表面組裝氧硅烷結果，從此將自組裝膜技術成為一個專門成膜技術進行研究。早期相關自組裝膜報道主要集中于單分子膜自組裝，且組裝分子與基底多是經過共價鍵連接。硅烷在硅表面、硫醇在金表面自組裝單分子膜是研究最多體系。下列圖為SA單分子膜成膜示意圖：溶液中組裝分子反應基與基片表面發生連續化學反應，在基片表面形成化學鍵連接，取向緊密排列有序排列單層膜。

單分子SA膜組裝示意圖

第37頁自組裝薄膜特征其主要特征：(1)原位自發形成；(2)熱力學穩定；(3)不論基底形狀怎樣，其表面均可形成均勻一致覆蓋層；(4)高密度堆積和低缺點濃度；(5)分子有序排列；(6)可人為設計分子結構和表面結構來取得預期界面物理和化學性質；(7)有機合成和制膜有很大靈活性.

第38頁

早在1946年，Zisman創造了用吸附(自組裝)方法在潔凈金屬表面制備單分子層方法，當初因為沒有意識到自組裝潛在優勢，所以沒有激發多少科學家興趣。（BigelowWC,PickettDL,ZismanWA.J.ColloidInterfaceSci.,1946,1:513-517）

1980年德國GottingenKuhn試驗室.經過多年實踐，他們用氯硅烷衍生物在玻璃表面進行組裝，得到了疏水單分子膜［4］真正相關自組裝早期研究工作始.（SagivJ.J.Am.Chem.Soc.,1980,102:92-98）

1983年，Nuzzo等用二正烷基二硫醚稀溶液在金表面進行組裝，得到了硫醇單分子層.從此自組裝技術才真正引發人們重視，而且得到了廣泛研究，建立了各種自組裝體系.（NuzzoRG,AllaraDL.J.Am.Chem.Soc.,1983,105:4481-4483）自組裝薄制備發展簡史第39頁自組裝過程將預先清洗和表面活化基板浸泡在含有表面活性物質溶液，經過表面活性物質活性基團和基板相連接，在基板上形成致密有序自組裝薄膜。第40頁慣用活性基團有：－COOH、－PO3-、－SO3-、－OH、－NH2等等基板能夠是：金屬（如Au、Ag等等）金屬氧化物（如AgO、CuO、Al2O3、ITO等等）非金屬氧化物（如石英、玻璃等）半導體材料（如硅、鍺等）等等溶液濃度依據詳細體系而定，普通比較希，大約10-3－10-4mol/L.第41頁自組裝驅動力：靜電自組裝氫鍵自組裝共價自組裝配位自組裝等等第42頁

靜電自組裝膜陽離子與陰離子以靜電吸引形成自組裝膜。第43頁氫鍵自組裝Langmuir1999,15,1360-1363第44頁共價自組裝RSH+Au0nRS-Au+Au0n-1+1/2H2AssemblySolutionAu基片共價自組裝SynthesisSHNO2第45頁配位鍵自組裝Langmuir1999,15,4842-4846第46頁

自組裝驅動力種類還有很多，比如離子鍵組裝、電荷交換組裝等，也能夠是兩種或各種驅動力共同作用自組裝。第47頁表面分子自組裝常見體系LLLLM囊狀體系(cagetypesystem)HHG主客體系(host-guestsystem)ABCD層狀薄膜體系(hierarchicallayerssystems)第48頁層狀薄膜體系層狀薄膜是基于分子界面組裝來實現,構筑和功效層狀組裝超薄膜一直是超分子化學研究熱點制備方法主要分為三大類:LB膜技術化學吸附自組裝技術交替沉淀技術第49頁化學吸附薄膜化學吸附薄膜種類化學吸附薄膜形成第50頁交替沉淀組裝膜NH2NH2NH2NH2NH2NH2NH2HOOCHOOCHOOCCOOHCOOHCOOHO2SO2SO2SSO2CuSO2CuSO2Cu靜電組裝氫鍵組裝配位鍵組裝polycationWaterpolyanionWaterdryrinserinsedry第51頁囊狀材料制備機械性能熱穩定性電化學性質滲透調控性能囊狀材料是經過成膜物質將囊內空間與囊外空間隔開以形成特定幾何結構物質第52頁

自組裝在納米材料制備中應用Moore’sLawTrendLine1cm1

m50nm1-5nm1st

transistor1stintegratedcircuitlMtransistorsperchipHybridnanoelectronicsFig.1“Moore’sLaw”plotoftransistorsizevsyear19501960197019801990當代電子工業對信息處理要求更加快、對信息儲存更大，這就要求對應電子元件體積微型化傳統電子器械缺點現有尺度快抵達了極限尺度微型化后，電子通道之間會發生干擾第53頁光刻技術及其應用加工方法：電磁輻射技術：光子輻射源：加工尺度受到光衍射限制高能粒子為輻射源：體系易受到高能粒子束而損害（尤其是蛋白質、多肽等生物體系）分子自組裝技術：加工尺度1~100nm相互作用多為弱相互作用光刻技術:將原始模板圖案復制到固體基底上技術總稱第54頁光電分子器械受體底物超分子分子器件化學調控光化學調控電化學調控第55頁Biotinylatedcysteine

-HistidinetagsBiomolecularmotornanopropellerNipost生物馬達Science,,290,1555biomolecularmotor第56頁分子自組裝即使取得了一定進展，不過現有體系依然存在許多不足：展望制備方法：體系精細結構控制研究體系拓展，從現在靜態系統擴展到類似生物細胞動態體系超分子體系功效擴展：使體系含有智能化、微型化、功效集成化和自適化、自修復和自進化能力器件第57頁掃描探針技術：表面形貌，如：原子力顯微鏡(AFM)、掃描隧道顯微鏡(STM)和近場光學顯微鏡等電鏡紫外-可見光譜；紅外光譜；熒光光譜橢偏儀電化學：氧化還原性質和表面覆蓋率等小角-X射線衍射：表征層狀有序結構X-射線光電子能譜(XPS):組成份析等等……薄膜表征方法第58頁1982年，國際商業機器企業蘇黎世試驗室葛·賓尼(GerdBinnig)博士和海·羅雷爾(HeinrichRohrer)博士及其同事們共同研制成功了世界第一臺新型表面分析儀器——掃描隧道顯微鏡(ScanningTunnelingMicroscope，簡稱STM)。使人類第一次能夠實時地觀察單個原子在物質表面排列狀態和與表面電子行為相關物理、化學性質。STM1986年被授予諾貝爾物理學獎。葛·賓尼(GerdBinning)海·羅雷爾(HeinrichRohrer)第59頁STM結構及原理當樣品與針尖距離非常靠近時(通常小于1nm)，在外加電場作用下，電子會穿過兩個電極之間勢壘流向另一電極。隧道電流強度對針尖和樣品之間距離有著指數依賴關系，當距離減小0.1nm，隧道電流即增加約一個數量級。所以，依據隧道電流改變，我們能夠得到樣品表面微小高低起伏改變信息。第60頁隧道電流改變曲線

Ro與樣品表面相關參數；?Z有0.1nm改變；?IT即有數量級改變隧道電流改變曲線

第61頁原子力顯微鏡(AFM)

利用一個對微弱力極敏感微懸臂，其末端有一微小針尖，因為針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱排斥力，經過掃描時控制這種力恒定，同時利用光學檢測法能夠測得微懸臂對應于掃描各點位置改變，從而能夠取得樣品表面形貌信息。第62頁近場光學顯微鏡介紹第63頁工作原理光束從棱鏡一側入射，在界面發生內全反射，因而在樣品附近存在隱失場。光纖探頭靠近樣品表面，發生隱失波耦合，經過光纖把光強信號輸出，光電倍增管把光信號轉換為電信號并放大，由三維運動機構、反饋和壓電晶體管，組成一個(x,y)掃描和縱向z測控系統，確保(x,y)掃描過程中針尖和樣品距離不變。因為隱失波在縱向為指數衰減，反應敏感，當樣品有微小起伏時，測控系統便發出控制信號，使針尖降升，從控制信號能夠獲知全反射面上樣品型貌第64頁另外兩種工作模式第65頁近場光學顯微鏡第66頁第67頁電子顯微鏡：電子顯微鏡，簡稱電鏡，是依據電子光學原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡，使物質細微結構在非常高放大倍數下成像儀器。電子顯微鏡慣用有透射電鏡（transmissionelectronmicroscope，TEM）和掃描電子顯微鏡（scanningelectronmicroscope,SEM）。與光鏡相比電鏡用電子束代替了可見光，用電磁透鏡代替了光學透鏡并使用熒光屏將肉眼不可見電子束成像。與光鏡相比電鏡用電子束代替了可見光，用電磁透鏡代替了光學透鏡并使用熒光屏將肉眼不可見電子束成像。第68頁電子顯微鏡：傳統光學顯微鏡分辨本事受限于光波長，使用短波長光照明是提升顯微鏡分辨本事路徑之一。利用運動電子含有波動性制造電子顯微鏡，因為電子德布羅意波長極短，所以它有極高空間分辨本事。電子顯微鏡分辨本事，電子束發散角較小，u0~0.16rad；電子波長取決于電子加速電壓：加速電壓電子波長分辨本事有效放大率104V1.210-2nm510-2nm2106105V3.710-3nm1.510-2nm6106第69頁1986年諾貝爾物理學獎二分之一授予德國柏林弗利茲-哈伯學院（Fritz-Haber-InstitutderMax-Planck-Gesellschaft）恩斯特·魯斯卡（ErnstRuska，1906-1988)，以表彰他在電光學領域做了基礎性工作，并設計了第一架電子顯微鏡；另二分之一授予瑞士魯希利康（Rüschlikon）IBM蘇黎世研究試驗室德國物理學家賓尼希（GerdBinnig，1947-）和瑞士物理學家羅雷爾（HeinrichRohrer，1933-)以表彰他們設計出了掃描隧道顯微鏡。TECNAIF30場發射透射電鏡點分辨率：0.205nmpointat300kV

線分辨率：0.102nmlineat300kV

環境可控掃描電鏡

特點:圖像分辨率高對任何樣品無需處理，可直接進行觀察；進行動態反應過程直接觀察。第70頁用電子顯微鏡拍攝苯分子照片第71頁傅立葉變換紅外光譜儀傅里葉變換紅外光譜儀（FourierTransformInfraredSpectrometer，簡寫為FTIRSpectrometer）,簡稱為傅里葉紅外光譜儀。它不一樣于色散型紅外分光原理，是基于對干涉后紅外光進行傅里葉變換原理而開發紅外光譜儀，主要由紅外光源、光闌、干涉儀（分束器、動鏡、定鏡）、樣品室、檢測器以及各種紅外反射鏡、激光器、控制電路板和電源組成。能夠對樣品進行定性和定量分析，廣泛應用于醫藥化工、地礦、石油、煤炭、環境保護、海關、寶石判定、刑偵判定等領域。第72頁傅立葉變換紅外光譜儀VECTOR22付立葉紅外光譜儀

主要技術指標：

波數范圍：7500-370cm-1

分辨率：1cm-1

操作系統:OPUS/IR

主要應用：物質定性、定量分析

生產廠家：德國Bruker企業基本原理光源發出光被分束器（類似半透半反鏡）分為兩束，一束經透射抵達動鏡，另一束經反射抵達定鏡。兩束光分別經定鏡和動鏡反射再回到分束器，動鏡以一恒定速度作直線運動，因而經分束器分束后兩束光形成光程差，產生干涉。干涉光在分束器會合后經過樣品池，經過樣品后含有樣品信息干涉光抵達檢測器，然后經過傅里葉變換對信號進行處理，最終得到透過率或吸光度隨波數或波長紅外吸收光譜圖。

第73頁Self-assembledmonolayers(SAMs)of4,4'-terphenyl-substitutedalkanethiolsC6H5(C6H4)2(CH2)n-SH(TPn,n=1-6)onAu(111)substrateswerestudiedusinginfraredreflectionabsorptionspectroscopy(IRRAS).紅外光譜研究自組裝薄膜材料Langmuir,

22(8),3647-3655,

第74頁橢偏儀光譜型橢偏儀是一個用于探測薄膜厚度、光學常數以及材料微結構光學測量設備。因為與樣品非接觸，對樣品沒有破壞且不需要真空，使得橢偏儀成為一個極具吸引力測量設備第75頁橢偏儀早些年，橢偏儀工作波長為單波長或少數獨立波長，最經典是采取激光或對電弧等強光譜光進行濾光產生單色光源。現在大多數橢偏儀在很寬波長范圍內以多波長工作（通常有幾百個波長，靠近連續）。和單波長橢偏儀相比，多波長光譜橢偏儀有下面優點：能夠提升多層探測能力，能夠測試物質對不一樣波長光波折射率等。橢偏儀光譜范圍在深紫外142nm到紅外33µm可選。光譜范圍選擇取決于被測材料屬性、薄膜厚度及關心光譜段等原因。比如，摻雜濃度對材料紅外光學屬性有很大影響，所以需要能測量紅外波段橢偏儀；薄膜厚度測量需要光能穿透這薄膜，抵達基底，然后并被探測器檢測到，所以需要選取該待測材料透明或部分透明光譜段；對于厚薄膜選取長波長更有利于測量。

第76頁厚度-層數關系橢偏儀對多層自組裝檢測第77頁X射線光電子能譜分析X射線光電子能譜分析(X-rayphotoelectronspectroscopyanalysis)1887年，HeinrichRudolfHertz發覺了光電效應。二十年后19，P.D.Innes用倫琴管、亥姆霍茲線圈、磁場半球(電子能量分析儀)和照像平版做試驗來統計寬帶發射電子