由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量量程和精度的需求不盡相同,因而多種測(cè)量方法各有優(yōu)缺,難以一概而論。按照薄膜厚度的增加,適用的測(cè)量方式分別為橢圓偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。對(duì)于小于1μm的較薄薄膜,白光干涉輪廓儀的測(cè)量精度較低,分光光度法和橢圓偏振法較適合。而對(duì)于小于200nm的薄膜,由于透過(guò)率曲線缺少峰谷值,橢圓偏振法結(jié)果更加可靠?;诎坠飧缮嬖淼墓鈱W(xué)薄膜厚度測(cè)量方案目前主要集中于測(cè)量透明或者半透明薄膜,通過(guò)使用不同的解調(diào)技術(shù)處理白光干涉的圖樣,得到待測(cè)薄膜厚度。本章在詳細(xì)研究白光干涉測(cè)量技術(shù)的常用解調(diào)方案、解調(diào)原理及其局限性的基礎(chǔ)上,分析得到了常用的基于兩個(gè)相鄰干涉峰的白光干涉解調(diào)方案不適用于極短光程差測(cè)量的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上,我們提出了基于干涉光譜單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的白光干涉測(cè)量解調(diào)技術(shù)。廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光學(xué)、電子、化學(xué)等領(lǐng)域,為研究和開(kāi)發(fā)提供了有力的手段。光干涉膜厚儀制造廠家
折射率分別為1.45和1.62的2塊玻璃板,使其一端相接觸,形成67的尖劈.將波長(zhǎng)為550nm的單色光垂直投射在劈上,并在上方觀察劈的干涉條紋,試求條紋間距。
我們可以分2種可能的情況來(lái)討論:
一般玻璃的厚度可估計(jì)為1mm的量級(jí),這個(gè)量級(jí)相對(duì)于光的波長(zhǎng)550nm而言,應(yīng)該算是膜厚e遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)^的厚玻璃了,所以光線通過(guò)上玻璃板時(shí)應(yīng)該無(wú)干涉現(xiàn)象,同理光線通過(guò)下玻璃板時(shí)也無(wú)干涉現(xiàn)象.空氣膜厚度因劈角很小而很薄,與波長(zhǎng)可比擬,所以光線通過(guò)空氣膜應(yīng)該有干涉現(xiàn)象,在空氣膜的下表面處有一半波損失,故光程差應(yīng)該為2n2e+λ/2.
(2)假設(shè)玻璃板厚度的量級(jí)與可見(jiàn)光波長(zhǎng)量級(jí)可比擬,當(dāng)單色光垂直投射在劈尖上時(shí),上玻璃板能滿足形成薄膜干涉的條件,其光程差為2n2e+λ/2,下玻璃板也能滿足形成薄膜于涉的條件,光程差為2n1h+λ/2,但由于玻璃板膜厚均勻,h不變,人射角i=儼也不變,故玻璃板形成的薄膜干涉為等傾又等厚干涉條紋,要么玻璃板全亮,要么全暗,它不會(huì)影響空氣劈尖干涉條紋的位置和條紋間距??諝馀飧缮婀獬滩钊詾?n2e+λ/2,但玻璃板會(huì)影響劈尖干涉條紋的亮度對(duì)比度. 光干涉膜厚儀性價(jià)比高總之,白光干涉膜厚儀是一種應(yīng)用很廣的測(cè)量薄膜厚度的儀器。
用峰峰值法處理光譜數(shù)據(jù)時(shí),被測(cè)光程差的分辨率取決于光譜儀或CCD的分辨率。我們只需要獲取相鄰的兩個(gè)干涉峰值處的波長(zhǎng)信息,即可確定光程差,不必關(guān)心此波長(zhǎng)處的光強(qiáng)大小,從而降低了數(shù)據(jù)處理難度。此外,也可以利用多組相鄰干涉光譜極值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分別求出光程差,然后再求平均值作為測(cè)量結(jié)果,以提高該方法的測(cè)量精度。但是,峰峰值法存在著一些缺點(diǎn):當(dāng)使用寬帶光源時(shí),不可避免地會(huì)有與光源同分布的背景光疊加在接收光譜中,從而引起峰值處波長(zhǎng)的改變,從而引入測(cè)量誤差。同時(shí),當(dāng)兩干涉信號(hào)之間的光程差很小,導(dǎo)致其干涉光譜只有一個(gè)干涉峰時(shí),此法便不再適用。
基于白光干涉光譜單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的鍺膜厚度測(cè)量方案研究:在對(duì)比研究目前常用的白光干涉測(cè)量方案的基礎(chǔ)上,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩干涉光束的光程差非常小導(dǎo)致其干涉光譜只有一個(gè)干涉峰時(shí),常用的基于兩相鄰干涉峰間距的解調(diào)方案不再適用。為此,我們提出了適用于極小光程差并基于干涉光譜單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的測(cè)量方案。干涉光譜的峰值波長(zhǎng)會(huì)隨著光程差的增大出現(xiàn)周期性的紅移和藍(lán)移,當(dāng)光程差在較小范圍內(nèi)變化時(shí),峰值波長(zhǎng)的移動(dòng)與光程差成正比。根據(jù)這一原理,搭建了光纖白光干涉溫度傳感系統(tǒng)對(duì)這一測(cè)量解調(diào)方案進(jìn)行驗(yàn)證,得到了光纖端面半導(dǎo)體鍺薄膜的厚度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示鍺膜的厚度為,與臺(tái)階儀測(cè)量結(jié)果存在,這是因?yàn)楸∧け砻姹旧聿⒉还饣_(tái)階儀的測(cè)量結(jié)果只能作為參考值。鍺膜厚度測(cè)量誤差主要來(lái)自光源的波長(zhǎng)漂移和溫度控制誤差。這種膜厚儀可以測(cè)量大氣壓下,1 nm到1mm范圍內(nèi)的薄膜厚度。
極值法求解過(guò)程計(jì)算簡(jiǎn)單,快速,同時(shí)確定薄膜的多個(gè)光學(xué)常數(shù)及解決多值性問(wèn)題,測(cè)試范圍廣,但沒(méi)有考慮薄膜均勻性和基底色散的因素,以至于精度不夠高。此外,由于受曲線擬合精度的限制,該方法對(duì)膜厚的測(cè)量范圍有要求,通常用這種方法測(cè)量的薄膜厚度應(yīng)大于200nm且小于10μm,以確保光譜信號(hào)中的干涉波峰數(shù)恰當(dāng)。全光譜擬合法是基于客觀條件或基本常識(shí)來(lái)設(shè)置每個(gè)擬合參數(shù)上限、下限,并為該區(qū)域的薄膜生成一組或多組光學(xué)參數(shù)及厚度的初始值,引入適合的色散模型,再根據(jù)麥克斯韋方程組的推導(dǎo)。這樣求得的值自然和實(shí)際的透過(guò)率和反射率(通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)直接測(cè)量的薄膜透射率或反射率)有所不同,建立評(píng)價(jià)函數(shù),當(dāng)計(jì)算的透過(guò)率/反射率與實(shí)際值之間的偏差小時(shí),我們就可以認(rèn)為預(yù)設(shè)的初始值就是要測(cè)量的薄膜參數(shù)。操作需要一定的專業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn),需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。國(guó)產(chǎn)膜厚儀銷售價(jià)格
光路長(zhǎng)度越長(zhǎng),分辨率越高,但同時(shí)也更容易受到靜態(tài)振動(dòng)等干擾因素的影響。光干涉膜厚儀制造廠家
在激光慣性約束核聚變實(shí)驗(yàn)中,靶丸的物性參數(shù)和幾何參數(shù)對(duì)靶丸制備工藝改進(jìn)和仿真模擬核聚變實(shí)驗(yàn)過(guò)程至關(guān)重要。然而,如何對(duì)靶丸多個(gè)參數(shù)進(jìn)行同步、高精度、無(wú)損的綜合檢測(cè)是激光慣性約束核聚變實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題。雖然已有多種薄膜厚度及折射率的測(cè)量方法,但仍然無(wú)法滿足激光核聚變技術(shù)對(duì)靶丸參數(shù)測(cè)量的高要求。此外,靶丸的參數(shù)測(cè)量存在以下問(wèn)題:不能對(duì)靶丸進(jìn)行破壞性切割測(cè)量,否則被破壞的靶丸無(wú)法用于后續(xù)工藝處理或打靶實(shí)驗(yàn);需要同時(shí)測(cè)得靶丸的多個(gè)參數(shù),因?yàn)椴煌瑓?shù)的單獨(dú)測(cè)量無(wú)法提供靶丸制備和核聚變反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象和規(guī)律,并且效率低下、沒(méi)有統(tǒng)一的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。由于靶丸屬于自支撐球形薄膜結(jié)構(gòu),曲面應(yīng)力大、難以展平,因此靶丸與基底不能完全貼合,可在微觀區(qū)域內(nèi)視作類薄膜結(jié)構(gòu)。光干涉膜厚儀制造廠家