表面粗糙度对薄膜和界面的粘接和摩擦性能影响很大。因此，对表面粗糙度进行测量，以及预测不同表面粗糙度水平可能带来的影响具有重要意义。在材料中传播的声表面波( surface acoustic waves，SAWs)，其绝大部分的能量都包含在材料表面下一个波长深度的区域内，对表面状态非常敏感。表面状态的任何变化，例如液体或者固体薄膜中残余应力和表面粗糙度级别，都会对其产生影响。许多技术都是基于SAWs，但目前并没有注意到表面粗糙度可能带来的扰动效应。例如，某些重要场合的SAWs装置要求更加精确的弹性参数测量结果，以便设计能够在CHz频率下工作的实验装置，此时对表面粗糙度水平要求非常高，表面粗糙度的细微变化造成的SAWs速度的微小差异就可能意味着无法获得窄带滤波器的优异性能。因为表面粗糙度会造成基于SAWs速度频散效应的布里渊光谱法测量得到的材料弹性常数偏低等。Flannery和Kiedrowski研究了声表面波(SAWs)在不同程度纳米级表面粗糙度硅片的(001 )和(111)晶面上传播的频散效应，研究结果对SAWs装置的设计、布里渊光谱法测量的精确度及在材料无损检测上的某些应用具有相当大的启示。

SAWs在粗糙表面傳播時將發生頻散，即隨著頻率的增加，SAWs的傳播速度會降低且散射增強，發生衰減。SAWs的相速度與頻率的依賴關系爲

式中，是頻率爲ω時SAWs速度的變化； 是頻率爲0時的速度(對應于無表面粗糙度的光滑表面的瑞利波速)；爲rms(均方根)表面粗糙度；a爲表面粗糙度的橫向相關長度(表面粗糙度曲線中峰值和谷值間平均距離的量度)； 爲常量，是材料彈性性能的函數。假設SAWs的波長>>和a，因此對于某一特定頻率， 是相速度的變化分數。通常假定表面粗糙度是一個任意的高斯分布，其由和a來描述。要注意的一個重要特征是速度頻散與頻率呈線性關系且取決于表面粗糙度的平方。

准備了一系列平的Si(001)面晶片，通過抛光/粗糙化使其rms表面粗糙度在=10~250nm內變化。對于所有試樣，橫向相關長度a都在15~30μm範圍內。

SAWs是由氮激光脈沖(持續時間0.5ns,工作波長337nm,脈沖能量0.5mJ)通過一個柱面透鏡線聚焦後照射到樣品上所激發的。照射到的區域吸收的熱能使其快速膨脹，所産生的應力在其上激發出頻率範圍很寬的SAWs。用具有刃形探測器的壓電薄片在不同的相對傳播距離上對其進行探測。通過對傳播路徑長度相差爲10mm的SAWs波包進行傅裏葉變換得到相速度頻散曲線。

圖8-9a顯示了在= 130nm的Si(001)晶面上沿[100]方向不同传播距离上的SAWs波包。可以清楚地看到频散现象的存在。高频部分(波长短)相速度较慢，最后到达。可以认为是表面粗糙度使得波的传播变慢，随着频率的增加(波长/表面粗糙度比值降低)，这个效应变得更加明显。图8-9b显示了在不同表面粗精度水平的(00)面上沿[品向传播的sAW典型的相速度频散曲线，每条曲线都符合线性关系。

此外，研究還表明，由于頻散帶來的速度變化是明顯的，對于每個樣品在100MHz時的速度變化接近1%。如果將該結論外推到GHz頻率，即使表面粗糙度爲nm數量級，速度的變化也會相當大。這對布裏淵光譜法(頻譜法)和工作在高頻的SAW裝置有很大影響。

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