测量金属薄膜的厚度 膜厚仪

干涉测量法是基于光的干涉原理实现对薄膜厚度测量的光学方法，是一种高精度的测量技术。采用光学干涉原理的测量系统一般具有结构简单，成本低廉，稳定性好，抗干扰能力强，使用范围广等优点。对于大多数的干涉测量任务，都是通过薄膜表面和基底表面之间产生的干涉条纹的形状和分布规律，来研究干涉装置中待测物理量引入的光程差或者是位相差的变化，从而达到测量目的。光学干涉测量方法的测量精度可达到甚至优于纳米量级，而利用外差干涉进行测量，其精度甚至可以达到10-3nm量级。根据所使用光源的不同，干涉测量方法又可以分为激光干涉测量和白光干涉测量两大类。激光干涉测量的分辨率更高，但是不能实现对静态信号的测量，只能测量输出信号的变化量或者是连续信号的变化，即只能实现相对测量。而白光干涉是通过对干涉信号中心条纹的有效识别来实现对物理量的测量，是一种测量方式，在薄膜厚度的测量中得到了广泛的应用。白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学传感器中的薄膜厚度测量。测量金属薄膜的厚度 膜厚仪

由于不同性质和形态的薄膜对系统的测量量程和精度的需求不相同，因而多种测量方法各有优缺，难以一概而论。将各测量特点总结所示，按照薄膜厚度的增加，适用的测量方式分别为椭圆偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。对于小于1μm的较薄薄膜，白光干涉轮廓仪的测量精度较低，分光光度法和椭圆偏振法较适合。而对于小于200nm的薄膜，由于透过率曲线缺少峰谷值，椭圆偏振法结果更加可靠。基于白光干涉原理的光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或者半透明薄膜，通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样，得到待测薄膜厚度。本章在详细研究白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性的基础上，分析得到了常用的基于两个相邻干涉峰的白光干涉解调方案不适用于极短光程差测量的结论。在此基础上，我们提出了基于干涉光谱单峰值波长移动的白光干涉测量解调技术。纳米级膜厚仪使用误区白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉曲线的分析实现对薄膜的厚度和形貌的联合测量和分析。

傅里叶变换是白光频域解调方法中一种低精度的信号解调方法。早是由G.F.Fernando和T.Liu等人提出，用于低精度光纤法布里-珀罗传感器的解调。因此，该解调方案的原理是通过傅里叶变换得到频域的峰值频率从而获得光程差，进而得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优点是解调速度较快，受干扰信号的影响较小。但是其测量精度较低。根据数字信号处理FFT（快速傅里叶变换）理论，若输入光源波长范围为[]λ1,λ2，则所测光程差的理论小分辨率为λ1λ2/(λ2−λ1)，所以此方法主要应用于对解调精度要求不高的场合。傅里叶变换白光干涉法是对傅里叶变换法的改进。该方法总结起来就是对采集到的光谱信号做傅里叶变换，然后滤波、提取主频信号后进行逆傅里叶变换，然后做对数运算，并取其虚部做相位反包裹运算，由获得的相位得到干涉仪的光程差。该方法经过实验证明其测量精度比傅里叶变换高。

白光干涉测量技术，也被称为光学低相干干涉测量技术，使用的是低相干的宽谱光源，例如超辐射发光二极管、发光二极管等。同所有的光学干涉原理一样，白光干涉同样是通过观察干涉图样的变化来分析干涉光程差的变化，进而通过各种解调方案实现对待测物理量的测量。采用宽谱光源的优点是由于白光光源的相干长度很小（一般为几微米到几十微米之间），所有波长的零级干涉条纹重合于主极大值，即中心条纹，与零光程差的位置对应。中心零级干涉条纹的存在使测量有了一个可靠的位置的参考值，从而只用一个干涉仪即可实现对被测物理量的测量，克服了传统干涉仪无法实现测量的缺点。同时，相比于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有对环境不敏感、抗干扰能力强、测量的动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。目前，经过几十年的研究与发展，白光干涉技术在膜厚、压力、温度、应变、位移等等测量领域已经得到广泛的应用。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的快速测量和分析。

薄膜是指分子、原子或者是离子在基底表面沉积形成的一种特殊的二维材料。近几十年来，随着材料科学和镀膜工艺的不断发展，厚度在纳米量级（几纳米到几百纳米范围内）薄膜的研究和应用迅速增加。与体材料相比，因为纳米薄膜的尺寸很小，使得表面积与体积的比值增加，表面效应所表现出的性质非常突出，因而在光学性质和电学性质上有许多独特的表现。纳米薄膜应用于传统光学领域，在生产实践中也得到了越来越广泛的应用，尤其是在光通讯、光学测量，传感，微电子器件，生物与医学工程等领域的应用空间更为广阔。白光干涉膜厚测量技术可以实现对不同材料的薄膜进行测量。薄膜干涉膜厚仪

白光干涉膜厚测量技术的应用涵盖了材料科学、光学制造、电子工业等多个领域。测量金属薄膜的厚度 膜厚仪

    为了分析白光反射光谱的测量范围，开展了不同壁厚的靶丸壳层白光反射光谱测量实验。图是不同壳层厚度靶丸的白光反射光谱测量曲线，如图所示，对于壳层厚度30μm的靶丸，其白光反射光谱各谱峰非常密集、干涉级次数值大；此外，由于靶丸壳层的吸收，壁厚较大的靶丸信号强度相对较弱。随着靶丸壳层厚度的进一步增加，其白光反射光谱各谱峰将更加密集，难以实现对各干涉谱峰波长的测量。为实现较大厚度靶丸壳层厚度的白光反射光谱测量，需采用红外的宽谱光源和光谱探测器。对于壳层厚度为μm的靶丸，测量的波峰相对较少，容易实现靶丸壳层白光反射光谱谱峰波长的准确测量；随着靶丸壳层厚度的进一步减小，两干涉信号之间的光程差差异非常小，以至于他们的光谱信号中只有一个干涉波峰，基于峰值探测的白光反射光谱方法难以实现其厚度的测量；为实现较小厚度靶丸壳层厚度的白光反射光谱测量，可采用紫外的宽谱光源和光谱探测器提升其探测厚度下限。 测量金属薄膜的厚度 膜厚仪