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。Michelson干涉仪的光路长度决定了仪器的精度。薄膜膜厚仪出厂价
基于白光干涉光谱单峰值波长移动的锗膜厚度测量方案研究:在对比研究目前常用的白光干涉测量方案的基础上,我们发现当两干涉光束的光程差非常小导致其干涉光谱只有一个干涉峰时,常用的基于两相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。为此,我们提出了适用于极小光程差并基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案。干涉光谱的峰值波长会随着光程差的增大出现周期性的红移和蓝移,当光程差在较小范围内变化时,峰值波长的移动与光程差成正比。根据这一原理,搭建了光纤白光干涉温度传感系统对这一测量解调方案进行验证,得到了光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验结果显示锗膜的厚度为,与台阶仪测量结果存在,这是因为薄膜表面本身并不光滑,台阶仪的测量结果只能作为参考值。锗膜厚度测量误差主要来自光源的波长漂移和温度控制误差。高速膜厚仪工厂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;
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。
光谱仪主要包括六部分,分别是:光纤入口、准直镜、光栅、聚焦镜、区域检测器、带OFLV滤波器的探测器。光由光纤进入光谱仪中,通过滤波器和准直器后投射到光栅上,由光栅将白光色散成光谱,经过聚焦镜将其投射到探测器上后,由探测器将光信号传入计算机。光纤接头将输入光纤固定在光谱仪上,使得来自输入光纤的光能够进入光学平台;滤波器将光辐射限制在预定波长区域;准直镜将进入光学平台的光聚焦到光谱仪的光栅上,保证光路和光栅之间的准直性;光栅衍射来自准直镜的光并将衍射光导向聚焦镜;聚焦镜接收从光栅反射的光并将光聚焦到探测器上;探测器将检测到的光信号转换为nm波长系统;区域检测器提供90%的量子效率和垂直列中的像素,以从光谱仪的狭缝图像的整个高度获取光,显着改善了信噪比。这种膜厚仪可以测量大气压下 。
光谱拟合法易于应用于测量,但由于使用了迭代算法,因此其优缺点在很大程度上取决于所选择的算法。随着遗传算法、模拟退火算法等全局优化算法的引入,被用于测量薄膜参数。该方法需要一个较好的薄膜光学模型(包括色散系数、吸收系数、多层膜系统),但实际测试过程中薄膜的色散和吸收的公式通常不准确,特别是对于多层膜体系,建立光学模型非常困难,无法用公式准确地表示出来。因此,通常使用简化模型,全光谱拟合法在实际应用中不如极值法有效。此外,该方法的计算速度慢,不能满足快速计算的要求。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。膜厚仪经销批发
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2e(n22一n12sin2i)1/2+δ’=kλ,k=1,2,3,4,5...(1)
2e(n22一n12sin2i)1/2+δ’=(2k+1)λ/2,k=0,1,2,3,4,...(2)
当膜的厚度e与波长A不可比拟时,有下列情况出现:(1)膜厚e远远大于波长^时,由于由同一波列分解出来的2列波的光程差已超过相干民度.因而不能相遇,故不能发生干涉…,没有明纹或暗纹出现.(2)膜厚e远远小于波长^时,相干条件(1),(2)式中e一0,2相干光束之间的光程差已主要受半波损失d7的影响,而膜厚e和入射角i实际上对光程差已没有贡献.若半波损失∥存在,就发生相消干涉,反之,就发生相长干涉…,故观察到的要么全是明纹,要么全是暗纹. 薄膜膜厚仪出厂价