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傅里葉變換是白光頻域解調(diào)方法中的一種低精度信號(hào)解調(diào)方法,起初由G.F.Fernando和T.Liu等人提出,用于低精度光纖法布里-珀羅傳感器的解調(diào)。該解調(diào)方案的原理是通過傅里葉變換得到頻域的峰值頻率從而獲得光程差,并得到待測物理量的信息。傅里葉變換解調(diào)方案的優(yōu)勢是解調(diào)速度快,受干擾信號(hào)影響較小,但精度不高。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理FFT理論,若輸入光源波長范圍為[λ1,λ2],則所測光程差的理論小分辨率為λ1λ2/(λ2-λ1),因此該方法主要應(yīng)用于解調(diào)精度要求不高的場合。傅里葉變換白光干涉法是對(duì)傅里葉變換法的改進(jìn)。該方法總結(jié)起來是對(duì)采集到的光譜信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換,然后濾波、提取主頻信號(hào),接著進(jìn)行逆傅里葉變換、對(duì)數(shù)運(yùn)算,之后取其虛部進(jìn)行相位反包裹運(yùn)算,從而通過得到的相位來獲得干涉儀的光程差。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,該方法測量精度比傅里葉變換方法更高。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,其性能和功能會(huì)得到提高和擴(kuò)展。薄膜膜厚儀信賴推薦
白光干涉頻域解調(diào)是利用頻域分析解調(diào)信號(hào)的一種方法。與時(shí)域解調(diào)裝置相比,測量裝置幾乎相同,只需將光強(qiáng)測量裝置更換為光譜儀或CCD。由于時(shí)域解調(diào)中接收到的信號(hào)是一定范圍內(nèi)所有波長光強(qiáng)疊加,因此將頻譜信號(hào)中各個(gè)波長的光強(qiáng)疊加起來即可得到它對(duì)應(yīng)的時(shí)域接收信號(hào)。因此,頻域的白光干涉條紋不僅包含了時(shí)域白光干涉條紋的所有信息,而且包括了時(shí)域干涉條紋中沒有的波長信息。在頻域干涉中,當(dāng)兩束相干光的光程差遠(yuǎn)大于光源的相干長度時(shí),仍然可以在光譜儀上觀察到頻域干涉條紋。這是由于光譜儀內(nèi)部的光柵具有分光作用,可以將寬譜光變成窄帶光譜,從而增加光譜的相干長度。這種解調(diào)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)測量系統(tǒng)中沒有使用機(jī)械掃描部件,因此在測量的穩(wěn)定性和可靠性方面得到了顯著提高。常見的頻域解調(diào)方法包括峰峰值檢測法、傅里葉解調(diào)法和傅里葉變換白光干涉解調(diào)法等。薄膜干涉膜厚儀推薦標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇和使用對(duì)于保持儀器準(zhǔn)確度至關(guān)重要。
由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對(duì)系統(tǒng)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(yōu)缺,難以一概而論。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(duì)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(duì)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(jié)果更加可靠。基于白光干涉原理的光學(xué)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(diào)技術(shù)處理白光干涉的圖樣,得到待測薄膜厚度。本章在詳細(xì)研究白光干涉測量技術(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移動(dòng)的白光干涉測量解調(diào)技術(shù)。
本文主要以半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料為對(duì)象,研究了白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜厚度準(zhǔn)確測量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同,所適用的測量方法也不同。半導(dǎo)體鍺膜具有折射率高,在通信波段(1550nm附近)不透明的特點(diǎn),選擇采用白光干涉的測量方法;而厚度更薄的金膜的折射率為復(fù)數(shù),且能激發(fā)明顯的表面等離子體效應(yīng),因而可借助基于表面等離子體共振的測量方法;為了進(jìn)一步改善測量的精度,論文還研究了外差干涉測量法,通過引入高精度的相位解調(diào)手段,檢測P光與S光之間的相位差提升厚度測量的精度。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。
在納米級(jí)薄膜的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)中,薄膜材料的厚度是薄膜設(shè)計(jì)和制備過程中重要的參量之一,具有決定薄膜性質(zhì)和性能的基本作用。然而,由于其極小尺寸及突出的表面效應(yīng),使得對(duì)納米級(jí)薄膜的厚度準(zhǔn)確測量變得困難。經(jīng)過眾多科研技術(shù)人員的探索和研究,新的薄膜厚度測量理論和測量技術(shù)不斷涌現(xiàn),測量方法從手動(dòng)到自動(dòng)、有損到無損不斷得到實(shí)現(xiàn)。對(duì)于不同性質(zhì)薄膜,其適用的厚度測量方案也不相同。針對(duì)納米級(jí)薄膜,應(yīng)用光學(xué)原理的測量技術(shù)。相比其他方法,光學(xué)測量方法具有精度高、速度快、無損測量等優(yōu)勢,成為主要檢測手段。其中代表性的測量方法有橢圓偏振法、干涉法、光譜法、棱鏡耦合法等。總的來說,白光干涉膜厚儀是一種應(yīng)用很廣的測量薄膜厚度的儀器。光干涉膜厚儀哪個(gè)品牌好
操作需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn),需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。薄膜膜厚儀信賴推薦
白光干涉光譜分析是目前白光干涉測量的一個(gè)重要方向,此項(xiàng)技術(shù)主要是利用光譜儀將對(duì)條紋的測量轉(zhuǎn)變成為對(duì)不同波長光譜的測量。通過分析被測物體的光譜特性,就能夠得到相應(yīng)的長度信息和形貌信息。相比于白光掃描干涉術(shù),它不需要大量的掃描過程,因此提高了測量效率,而且也減小了環(huán)境對(duì)它的影響。此項(xiàng)技術(shù)能夠測量距離、位移、塊狀材料的群折射率以及多層薄膜厚度。白干干涉光譜法是基于頻域干涉的理論,采用白光作為寬波段光源,經(jīng)過分光棱鏡,被分成兩束光,這兩束光分別入射到參考面和被測物體,反射回來后經(jīng)過分光棱鏡合成后,由色散元件分光至探測器,記錄頻域上的干涉信號(hào)。此光譜信號(hào)包含了被測表面的信息,如果此時(shí)被測物體是薄膜,則薄膜的厚度也包含在這光譜信號(hào)當(dāng)中。這樣就把白光干涉的精度和光譜測量的速度結(jié)合起來,形成了一種精度高、速度快的測量方法。薄膜膜厚儀信賴推薦