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。白光干涉膜厚仪需要校准。膜厚仪设备生产
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。国内膜厚仪应用案例白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜表面形貌的测量。
用峰峰值法处理光谱数据时,被测光程差的分辨率取决于光谱仪或CCD的分辨率。我们只需要获取相邻的两个干涉峰值处的波长信息,即可确定光程差,不必关心此波长处的光强大小,从而降低了数据处理难度。此外,也可以利用多组相邻干涉光谱极值对应的波长分别求出光程差,然后再求平均值作为测量结果,以提高该方法的测量精度。但是,峰峰值法存在着一些缺点:当使用宽带光源时,不可避免地会有与光源同分布的背景光叠加在接收光谱中,从而引起峰值处波长的改变,从而引入测量误差。同时,当两干涉信号之间的光程差很小,导致其干涉光谱只有一个干涉峰时,此法便不再适用。
常用白光垂直扫描干涉系统的原理:入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜后,被分光镜分成两部分,一个部分入射到固定参考镜,一部分入射到样品表面,当参考镜表面和样品表面的反射光通过分光镜后,再次汇聚发生干涉,干涉光通过透镜后,利用电荷耦合器(CCD)可探测整个视场内双白光光束的干涉图像。利用Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描,可获得一系列干涉图像。根据干涉图像序列中对应点的光强随光程差变化曲线,可得该点的Z向相对位移;然后,由CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置获得被测样品表面的三维形貌。当光路长度增加,仪器的分辨率越高,也越容易受到静态振动等干扰因素的影响,需采取一些减小噪声的措施。
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。这种膜厚仪可以测量大气压下,1 nm到1mm范围内的薄膜厚度。膜厚仪设备生产
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。膜厚仪设备生产
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。膜厚仪设备生产