白光干涉测量技术,也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,如超辐射发光二极管、发光二极管等。与所有光学干涉原理一样,白光干涉也是通过观察干涉图案变化来分析干涉光程差变化,并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。因此,中心零级干涉条纹的存在为测量提供了一个可靠的位置参考,只需一个干涉仪即可进行待测物理量的测量,克服了传统干涉仪不能进行测量的缺点。同时,相对于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有环境不敏感、抗干扰能力强、动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。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、位移等领域已得到广泛应用。白光干涉膜厚测量技术的优化需要对实验方法和算法进行改进 。小型膜厚仪定做价格
光谱法是一种以光的干涉效应为基础的薄膜厚度测量方法,分为反射法和透射法两种类型。入射光在薄膜-基底-薄膜界面上的反射和透射会引起多光束干涉效应,不同特性的薄膜材料的反射率和透过率曲线是不同的,并且在全光谱范围内与厚度一一对应。因此,可以根据这种光谱特性来确定薄膜的厚度和光学参数。光谱法的优点是可以同时测量多个参数,并能有效地排除解的多值性,测量范围广,是一种无损测量技术。其缺点是对样品薄膜表面条件的依赖性强,测量稳定性较差,因此测量精度不高,对于不同材料的薄膜需要使用不同波段的光源等。目前,这种方法主要用于有机薄膜的厚度测量。高精度膜厚仪使用方法随着技术的不断进步和应用领域的扩展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将得到进一步提高;
该文主要研究了以半导体锗和贵金属金两种材料为对象,实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性,主要涉及三种方法,分别是白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法。由于不同材料薄膜的特性不同,所适用的测量方法也不同。对于折射率高,在通信波段(1550nm附近)不透明的半导体锗膜,选择采用白光干涉的测量方法;而对于厚度更薄的金膜,其折射率为复数,且能够激发表面等离子体效应,因此采用基于表面等离子体共振的测量方法。为了进一步提高测量精度,论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并检测P光和S光之间的相位差来提高厚度测量的精度。
白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向,此项技术主要是利用光谱仪将对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量。通过分析被测物体的光谱特性,就能够得到相应的长度信息和形貌信息。相比于白光扫描干涉术,它不需要大量的扫描过程,因此提高了测量效率,而且也减小了环境对它的影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度。白光干涉光谱法是基于频域干涉的理论,采用白光作为宽波段光源,经过分光棱镜,被分成两束光,这两束光分别入射到参考面和被测物体,反射回来后经过分光棱镜合成后,由色散元件分光至探测器,记录频域上的干涉信号。此光谱信号包含了被测表面的信息,如果此时被测物体是薄膜,则薄膜的厚度也包含在这光谱信号当中。这样就把白光干涉的精度和光谱测量的速度结合起来,形成了一种精度高而且速度快的测量方法。它可以用不同的软件进行数据处理和分析,比如建立数据库、统计数据等。
论文主要以半导体锗和贵金属金两种材料为对象 ,研究了白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同,所适用的测量方法也不同。半导体锗膜具有折射率高,在通信波段(1550nm附近)不透明的特点,选择采用白光干涉的测量方法;而厚度更薄的金膜的折射率为复数,且能激发的表面等离子体效应,因而可借助基于表面等离子体共振的测量方法;为了进一步改善测量的精度,论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,检测P光与S光之间的相位差提升厚度测量的精度。可以配合不同的软件进行分析和数据处理,例如建立数据库、统计数据等 。小型膜厚仪定做价格
通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度,利用膜层与底材的反射率和相位差来实现测量。小型膜厚仪定做价格
极值法求解过程计算简单,速度快,同时能确定薄膜的多个光学常数并解决多值性问题,测试范围广,但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素,因此精度不够高。此外,由于受曲线拟合精度的限制,该方法对膜厚的测量范围有要求,通常用于测量薄膜厚度大于200纳米且小于10微米的情况,以确保光谱信号中的干涉波峰数适当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限,并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值,引入适合的色散模型,再通过麦克斯韦方程组的推导得到结果。该方法能判断预设的初始值是否为要测量的薄膜参数,建立评价函数来计算透过率/反射率与实际值之间的偏差。只有当计算出的透过率/反射率与实际值之间的偏差很小时,我们才能认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。小型膜厚仪定做价格