偏振光反射法測(cè)量薄膜厚度和折射率的研究——畢業(yè)論文

1、偏振光反射法測(cè)量薄膜厚度和折射率的研究薄膜技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用薄膜是一種較特殊的物質(zhì)形態(tài)，其在厚度這一特定方向上尺寸較小，僅是微觀可測(cè)的物理量，并且在厚度方向上由于表面、界面的存在，使物質(zhì)的連續(xù)性發(fā)生中斷，由此使得薄膜材料產(chǎn)生了與塊狀材料具有不同的性能。也可以解釋為，由于成膜的過(guò)程中晶體取向、晶粒大小、雜質(zhì)濃度、成份的均勻性、基底材料、溫度以及清潔度等因素的影響，使得薄膜的物理性能與塊狀材料的物理性能在諸多方面不同。這引起了諸多科研工作者

2、們較為濃厚的研究興趣并使之得到更為廣泛的應(yīng)用。二十世紀(jì)70年代以來(lái)，薄膜技術(shù)得到空前的發(fā)展，無(wú)論在學(xué)術(shù)研究上還是在工業(yè)應(yīng)用中都取得了較豐碩的成果。薄膜技術(shù)及薄膜材料已成為當(dāng)代真空技術(shù)及材料科學(xué)研究中最活躍的領(lǐng)域之一，并在新科學(xué)技術(shù)革命中，具有舉足輕重的地位。薄膜技術(shù)涉及的范圍比較廣，其中包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積成膜技術(shù)，以離子束刻蝕為代表的微細(xì)加工技術(shù)，成膜、刻蝕過(guò)程的監(jiān)控技術(shù)，以及薄膜分析、評(píng)價(jià)與檢測(cè)技術(shù)等。目前，薄膜技術(shù)在電子

3、元器件、集成光學(xué)、電子技術(shù)、紅外技術(shù)、激光技術(shù)、航天技術(shù)和光學(xué)儀器等許多領(lǐng)域均得到了極為廣泛的應(yīng)用，不僅成為了一門(mén)獨(dú)立的應(yīng)用技術(shù)，而且成為了材料表面改性和提高某些工藝水平的重要手段。許多國(guó)家對(duì)薄膜材料和薄膜技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)極為重視，稱之為“騰飛的薄膜產(chǎn)業(yè)”，并且每年均要舉行多次國(guó)際會(huì)議。最早應(yīng)用薄膜技術(shù)的領(lǐng)域要算光學(xué)領(lǐng)域，早在1817年夫瑯禾費(fèi)就用酸蝕方法制成了光學(xué)上的減反射膜。1930年，由于真空蒸發(fā)設(shè)備出現(xiàn)使薄膜大量地應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域。

4、近代的彩色電視、彩色攝影機(jī)、太陽(yáng)能電池、激光器、集成光學(xué)等均離不開(kāi)薄膜技術(shù)，大部分光學(xué)儀器或光電裝置也均離不開(kāi)光學(xué)薄膜。利用薄膜的光學(xué)性能，可改變?cè)瓷渎省⑽章逝c透射率，實(shí)現(xiàn)光束分束、并束、分色、偏振、位相調(diào)整等，使某光譜帶通或阻滯等。薄膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，由于高精尖的制造技術(shù)、跨學(xué)科的綜合設(shè)計(jì)與嚴(yán)格科學(xué)的實(shí)際應(yīng)用，使薄膜技術(shù)應(yīng)用在高新技術(shù)領(lǐng)域、信息、生物、航空、航天、新能源等前沿領(lǐng)域中顯示越來(lái)越重要的地位。在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過(guò)

5、程中，薄膜技術(shù)和新興學(xué)科緊密結(jié)合，目前，薄膜技術(shù)已運(yùn)用到納米技術(shù)的精密機(jī)械的研究，分子層次的現(xiàn)代化學(xué)研究以及基因?qū)哟蔚纳飳W(xué)研究等。薄膜制備技術(shù)、薄膜材料科學(xué)研究、薄膜表面微加工技術(shù)是當(dāng)今微機(jī)械加工技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)的重要基礎(chǔ)，己經(jīng)滲透到當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，成為技術(shù)密集、知識(shí)密集、資金密集的高科技新興薄膜產(chǎn)業(yè)。二十世紀(jì)八十年代至九十年代，表面微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)和微米薄膜制備的發(fā)展推動(dòng)了大規(guī)模集成電路、薄膜集成電路、光集成器件、薄膜傳感器

6、、光電子一磁光電子器件和高質(zhì)量的光學(xué)薄膜等技術(shù)的進(jìn)步。薄膜技術(shù)作為現(xiàn)代光學(xué)的核心技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有著十分重要的地位，從航天、衛(wèi)星等空間探測(cè)器到集成電路、激光器件、生物芯片、液晶顯示以及集成光學(xué)，在很大程度上取決于薄膜技術(shù)的發(fā)展。薄膜技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家光電信息等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展水平的關(guān)鍵。薄膜光學(xué)常數(shù)的幾種測(cè)量方法等厚干涉法測(cè)量膜厚是根據(jù)劈尖干涉原理，用平行單色光垂直照射在薄膜上，分別經(jīng)上、下表面反射的光波相遇而產(chǎn)生

7、干涉，經(jīng)多次反射干涉而產(chǎn)生鮮明的干涉條紋，在整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)光線的入射角可視為不變的常數(shù)，則反射光在相遇點(diǎn)的相位差只決定于產(chǎn)生該反射的薄膜厚度。根據(jù)干涉條紋的偏移量、條紋間隔，可求出薄膜的厚度。該方法具有簡(jiǎn)單、快速、不損傷膜層面等優(yōu)點(diǎn)，是測(cè)量膜厚時(shí)普遍采用的方法之一，此方法要求薄膜必須具有高反射和平坦的表面，否則將影響薄膜厚度測(cè)量精度。干涉色測(cè)量是根據(jù)光干涉來(lái)測(cè)量薄膜厚度。在光垂直入射薄膜的情況下，反射光和透射光均隨薄膜的光學(xué)厚度(薄膜的折射

8、率和膜厚)發(fā)生周期性變化，并呈nd現(xiàn)出一系列的極大值和極小值。于是，根據(jù)極值便能求出薄膜的光學(xué)厚度。如果己知薄膜折射率，就可求出薄膜的厚度。(3)光譜法光譜法分為透射光譜法和反射光譜法，透射光譜和反射光譜均采用分光光度計(jì)測(cè)量得到。然而，由于反射率對(duì)薄膜表面條件的依賴性很強(qiáng)，且對(duì)入射角的變化很敏感，從而導(dǎo)致測(cè)量反射率時(shí)的穩(wěn)定性較差，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確性也不夠高，而在測(cè)量透射率時(shí)上述因素的影響要小的多，因此，反射率測(cè)量測(cè)量精度遠(yuǎn)不如透射率測(cè)量高

9、。常用的分光光度計(jì)能精確測(cè)量樣品透射率，從而使人們對(duì)于如何簡(jiǎn)便快速地利用透射率光譜曲線確定薄膜的厚度和復(fù)折射率特別關(guān)注。該方法具有測(cè)試簡(jiǎn)單、操作方便、精度高等突出優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工作中得到了廣泛應(yīng)用。(4)阿貝勒(Abeles)方法Abeles方法是利用薄膜在布儒斯特角時(shí)的反射率直接測(cè)出透明膜的折射率。將基片的一半用薄膜覆蓋，在有膜和無(wú)膜交界線附近，入射P偏振光，通過(guò)改變?nèi)肷浣?，?dāng)膜的反射光強(qiáng)度和基底的反射光強(qiáng)度相同(即可觀察到交界線消失)