偏振光反射法測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，薄膜技術(shù)得到空前的發(fā)展，無論在學(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加工技術(shù)，成膜、刻蝕過程的監(jiān)控技術(shù)，以及薄膜分析、評價與檢測技術(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，不僅成為了一門獨立的應(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。許多國家對薄膜材料和薄膜技術(shù)的研究開發(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際會議。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、太陽能電池、激光器、集成光學(xué)等均離不開薄膜技術(shù)，大部分光學(xué)儀器或光電裝置也均離不開光學(xué)薄膜。利用薄膜的光學(xué)性能，可改變元件反射率、吸收率與透射率，實現(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)計與嚴(yán)格科學(xué)的實際應(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)域中顯示越來越重要的地位。在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過

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)已運用到納米技術(shù)的精密機械的研究，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)今微機械加工技術(shù)、微細加工技術(shù)的重要基礎(chǔ)，己經(jīng)滲透到當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域，成為技術(shù)密集、知識密集、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)的進步。薄膜技術(shù)作為現(xiàn)代光學(xué)的核心技術(shù)在國民經(jīng)濟中占有著十分重要的地位，從航天、衛(wèi)星等空間探測器到集成電路、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)成為衡量一個國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)的幾種測量方法等厚干涉法測量膜厚是根據(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，在整個視場內(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。該方法具有簡單、快速、不損傷膜層面等優(yōu)點，是測量膜厚時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量精度。干涉色測量是根據(jù)光干涉來測量薄膜厚度。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測量得到。然而，由于反射率對薄膜表面條件的依賴性很強，且對入射角的變化很敏感，從而導(dǎo)致測量反射率時的穩(wěn)定性較差，實驗數(shù)據(jù)的精確性也不夠高，而在測量透射率時上述因素的影響要小的多，因此，反射率測量測量精度遠不如透射率測量高

9、。常用的分光光度計能精確測量樣品透射率，從而使人們對于如何簡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。該方法具有測試簡單、操作方便、精度高等突出優(yōu)點，在實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的反射率直接測出透明膜的折射率。將基片的一半用薄膜覆蓋，在有膜和無膜交界線附近，入射P偏振光，通過改變?nèi)肷浣?，?dāng)膜的反射光強度和基底的反射光強度相同(即可觀察到交界線消失)