薄膜材料的厚度在纳米级薄膜的各项相关参数中,是制备和设计中一个重要的参量,也是决定薄膜性质和性能的关键参量之一。然而,由于其极小尺寸及表面效应的影响,纳米级薄膜的厚度准确测量变得困难。科研技术人员通过不断的探索研究,提出了新的薄膜厚度测量理论和技术,并将测量方法从手动到自动、有损到无损等不断改进。对于不同性质的薄膜,其适用的厚度测量方案也不相同。在纳米级薄膜中,采用光学原理的测量技术可以实现精度高、速度快、无损测量等优点,成为主要的检测手段。典型的测量方法包括椭圆偏振法、干涉法、光谱法、棱镜耦合法等。白光干涉膜厚仪需要校准。苏州膜厚仪生产商
光纤白光干涉测量使用的是宽谱光源。在选择光源时,需要重点考虑光源的输出光功率和中心波长的稳定性。由于本文所设计的解调系统是通过测量干涉峰值的中心波长移动来实现的,因此光源中心波长的稳定性对实验结果会产生很大的影响。实验中我们选择使用由INPHENIX公司生产的SLED光源,相对于一般的宽带光源具有输出功率高、覆盖光谱范围宽等优点。该光源采用+5V的直流供电,标定中心波长为1550nm,且其输出功率在一定范围内可调。驱动电流可以达到600mA。高速膜厚仪24小时服务在半导体、光学、电子、化学等领域广泛应用,有助于研究和开发新产品。
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尽相同,因而多种测量方法各有优缺,难以一概而论。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。
薄膜是一种特殊的二维材料,由分子、原子或离子沉积在基底表面形成。近年来,随着材料科学和镀膜技术的不断发展,厚度在纳米量级(几纳米到几百纳米范围内)的薄膜研究和应用迅速增加。与体材料相比,纳米薄膜的尺寸很小,表面积与体积的比值增大,因而表面效应所表现出来的性质非常突出,对于光学性质和电学性质等具有许多独特的表现。纳米薄膜在传统光学领域中的应用越来越广,尤其是在光通讯、光学测量、传感、微电子器件、医学工程等领域有更为广阔的应用前景。随着技术的不断进步和应用领域的拓展,其性能和功能会得到提高和扩展。
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。广泛应用于半导体、光学、电子、化学等领域,为研究和开发提供了有力的手段。高速膜厚仪24小时服务
白光干涉膜厚仪需要进行校准,并选择合适的标准样品。苏州膜厚仪生产商
本文主要研究了如何采用白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法来实现纳米级薄膜厚度的准确测量,研究对象为半导体锗和贵金属金两种材料。由于不同材料薄膜的特性差异,所适用的测量方法也会有所不同。对于折射率高,在通信波段(1550nm附近)不透明的半导体锗膜,采用白光干涉的测量方法;而对于厚度更薄的金膜,由于其折射率为复数,且具有表面等离子体效应,所以采用基于表面等离子体共振的测量方法会更合适。为了进一步提高测量精度,本文还研究了外差干涉测量法,通过引入高精度的相位解调手段来检测P光与S光之间的相位差,以提高厚度测量的精度。苏州膜厚仪生产商