常用白光垂直掃描干涉系統的原理示意圖,入射的白光光束通過半反半透鏡進入到顯微干涉物鏡后,被分光鏡分成兩部分,一個部分入射到固定的參考鏡,一部分入射到樣品表面,當參考鏡表面和樣品表面的反射光通過分光鏡后,再次匯聚發生干涉,干涉光通過透鏡后,利用電荷耦合器(CCD)可探測整個視場內雙白光光束的干涉圖像。利用Z向精密位移臺帶動干涉鏡頭或樣品臺Z向掃描,可獲得一系列的干涉圖像。根據干涉圖像序列中對應點的光強隨光程差變化曲線,可得該點的Z向相對位移;然后,由CCD圖像中每個像素點光強最大值對應的Z向位置獲得被測樣品表面的三維形貌。白光干涉膜厚測量技術可以應用于生物醫學中的薄膜生物學特性分析。深圳品牌膜厚儀
論文所研究的鍺膜厚度約300nm,導致其白光干涉輸出光譜只有一個干涉峰,此時常規基于相鄰干涉峰間距解調的方案(如峰峰值法等)將不再適用。為此,我們提出了一種基于單峰值波長移動的白光干涉測量方案,并設計搭建了膜厚測量系統。溫度測量實驗結果表明,峰值波長與溫度變化之間具有良好的線性關系。利用該測量方案,我們測得實驗用鍺膜的厚度為338.8nm,實驗誤差主要來自于溫度控制誤差和光源波長漂移。論文通過對納米級薄膜厚度的測量方案研究,實現了對鍺膜和金膜的厚度測量。論文主要的創新點是提出了白光干涉單峰值波長移動的解調方案,并將其應用于極短光程差的測量。高精度膜厚儀銷售價格白光干涉膜厚測量技術可以應用于電子工業中的薄膜電阻率測量。
由于不同性質和形態的薄膜對系統的測量量程和精度的需求不盡相同,因而多種測量方法各有優缺,難以一概而論。將上述各測量特點總結如表1-1所示,按照薄膜厚度的增加,適用的測量方式分別為橢圓偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。對于小于1μm的較薄薄膜,白光干涉輪廓儀的測量精度較低,分光光度法和橢圓偏振法較適合。而對于小于200nm的薄膜,由于透過率曲線缺少峰谷值,橢圓偏振法結果更加可靠。基于白光干涉原理的光學薄膜厚度測量方案目前主要集中于測量透明或者半透明薄膜,通過使用不同的解調技術處理白光干涉的圖樣,得到待測薄膜厚度。本章在詳細研究白光干涉測量技術的常用解調方案、解調原理及其局限性的基礎上,分析得到了常用的基于兩個相鄰干涉峰的白光干涉解調方案不適用于極短光程差測量的結論。在此基礎上,我們提出了基于干涉光譜單峰值波長移動的白光干涉測量解調技術。
確定靶丸折射率及厚度的算法,由于干涉光譜信號與膜的光參量直接相關,這里主要考慮光譜分析的方法根據測量膜的反射或透射光譜進行分析計算,可獲得膜的厚度、折射率等參數。根據光譜信號分析計算膜折射率及厚度的方法主要有極值法和包絡法、全光譜擬合法。極值法測量膜厚度主要是根據薄膜反射或透射光譜曲線上的波峰的位置來計算,對于弱色散介質,折射率為恒定值,根據兩個或兩個以上的極大值點的位置,求得膜的光學厚度,若已知膜折射率即可求解膜的厚度;對于強色散介質,首先利用極值點求出膜厚度的初始值。薄膜厚度是一恒定不變值,可根據極大值點位置的光學厚度關系式獲得入射波長和折射率的對應關系,再依據薄膜材質的色散特性,引入合適的色散模型,常用的色散模型有cauchy模型、Selimeier模型、Lorenz模型等,利用折射率與入射波長的關系式,通過二乘法擬合得到色散模型的系數,即可解得任意入射波長下的折射率。白光干涉膜厚測量技術的精度可以達到納米級別。
光學測厚方法集光學、機械、電子、計算機圖像處理技術為一體,以其光波長為測量基準,從原理上保證了納米級的測量精度。同時,光學測厚作為非接觸式的測量方法,被廣泛應用于精密元件表面形貌及厚度的無損測量。其中,薄膜厚度光學測量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光學原理可分為分光光度法、橢圓偏振法、干涉法等多種測量方法。不同的測量方法,其適用范圍各有側重,褒貶不一。因此結合多種測量方法的多通道式復合測量法也有研究,如橢圓偏振法和光度法結合的光譜橢偏法,彩色共焦光譜干涉和白光顯微干涉的結合法等。白光干涉膜厚測量技術可以通過對干涉圖像的分析實現對不同材料的薄膜的聯合測量和分析。國產膜厚儀貨真價實
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與激光光源相比以白光的寬光譜光源由于具有短相干長度的特點使得兩光束只有在光程差極小的情況下才能發生干涉因此不會產生干擾條紋。同時由于白光干涉產生的干涉條紋具有明顯的零光程差位置避免了干涉級次不確定的問題。本文以白光干涉原理為理論基礎對單層透明薄膜厚度測量尤其對厚度小于光源相干長度的薄膜厚度測量進行了研究。首先從白光干涉測量薄膜厚度的原理出發、分別詳細闡述了白光干涉原理和薄膜測厚原理。接著在金相顯微鏡的基礎上構建了型垂直白光掃描系統作為實驗中測試薄膜厚度的儀器并利用白光干涉原理對的位移量進行了標定。深圳品牌膜厚儀