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。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。Michelson干涉儀的光路長度是影響儀器精度的重要因素。光干涉膜厚儀檢測
該文主要研究了以半導體鍺和貴金屬金兩種材料為對象,實現納米級薄膜厚度準確測量的可行性,主要涉及三種方法,分別是白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法。由于不同材料薄膜的特性不同,所適用的測量方法也不同。對于折射率高,在通信波段(1550nm附近)不透明的半導體鍺膜,選擇采用白光干涉的測量方法;而對于厚度更薄的金膜,其折射率為復數,且能夠激發表面等離子體效應,因此采用基于表面等離子體共振的測量方法。為了進一步提高測量精度,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手段并檢測P光和S光之間的相位差來提高厚度測量的精度。薄膜膜厚儀常用解決方案光路長度越長,分辨率越高,但同時也更容易受到靜態振動等干擾因素的影響。
干涉測量法是一種基于光的干涉原理實現對薄膜厚度測量的光學方法,是一種高精度的測量技術,其采用光學干涉原理的測量系統具有結構簡單、成本低廉、穩定性高、抗干擾能力強、使用范圍廣等優點。對于大多數干涉測量任務,都是通過分析薄膜表面和基底表面之間產生的干涉條紋的形狀和分布規律,來研究待測物理量引入的光程差或位相差的變化,從而實現測量目的。光學干涉測量方法的測量精度可達到甚至優于納米量級,利用外差干涉進行測量,其精度甚至可以達到10^-3 nm量級。根據所使用的光源不同,干涉測量方法可分為激光干涉測量和白光干涉測量兩大類。激光干涉測量的分辨率更高,但不能實現對靜態信號的測量,只能測量輸出信號的變化量或連續信號的變化,即只能實現相對測量。而白光干涉是通過對干涉信號中心條紋的有效識別來實現對物理量的測量,是一種測量方式,在薄膜厚度測量中得到了廣泛的應用。
白光干涉測量技術,也稱為光學低相干干涉測量技術,使用的是低相干的寬譜光源,如超輻射發光二極管、發光二極管等。與所有光學干涉原理一樣,白光干涉也是通過觀察干涉圖案變化來分析干涉光程差變化,并通過各種解調方案實現對待測物理量的測量。采用寬譜光源的優點是,由于白光光源的相干長度很小(一般為幾微米到幾十微米之間),所有波長的零級干涉條紋重合于主極大值,即中心條紋,與零光程差的位置對應。因此,中心零級干涉條紋的存在為測量提供了一個可靠的位置參考,只需一個干涉儀即可進行待測物理量的測量,克服了傳統干涉儀不能進行測量的缺點。同時,相對于其他測量技術,白光干涉測量方法還具有環境不敏感、抗干擾能力強、動態范圍大、結構簡單和成本低廉等優點。經過幾十年的研究與發展,白光干涉技術在膜厚、壓力、溫度、應變、位移等領域已得到廣泛應用。Michelson干涉儀的光路長度決定了儀器的精度。
光譜儀主要包括六部分,分別是:光纖入口、準直鏡、光柵、聚焦鏡、區域檢測器、帶OFLV濾波器的探測器。光由光纖進入光譜儀中,通過濾波器和準直器后投射到光柵上,由光柵將白光色散成光譜,經過聚焦鏡將其投射到探測器上后,由探測器將光信號傳入計算機。光纖接頭將輸入光纖固定在光譜儀上,使得來自輸入光纖的光能夠進入光學平臺;濾波器將光輻射限制在預定波長區域;準直鏡將進入光學平臺的光聚焦到光譜儀的光柵上,保證光路和光柵之間的準直性;光柵衍射來自準直鏡的光并將衍射光導向聚焦鏡;聚焦鏡接收從光柵反射的光并將光聚焦到探測器上;探測器將檢測到的光信號轉換為nm波長系統;區域檢測器提供90%的量子效率和垂直列中的像素,以從光譜儀的狹縫圖像的整個高度獲取光,顯著改善了信噪比。總之,白光干涉膜厚儀是一種應用很廣的測量薄膜厚度的儀器。防水膜厚儀推薦
操作之前需要專業技能和經驗的培訓和實踐。光干涉膜厚儀檢測
光譜法是一種以光的干涉效應為基礎的薄膜厚度測量方法,分為反射法和透射法兩種類型。入射光在薄膜-基底-薄膜界面上的反射和透射會引起多光束干涉效應,不同特性的薄膜材料的反射率和透過率曲線是不同的,并且在全光譜范圍內與厚度一一對應。因此,可以根據這種光譜特性來確定薄膜的厚度和光學參數。光譜法的優點是可以同時測量多個參數,并能有效地排除解的多值性,測量范圍廣,是一種無損測量技術。其缺點是對樣品薄膜表面條件的依賴性強,測量穩定性較差,因此測量精度不高,對于不同材料的薄膜需要使用不同波段的光源等。目前,這種方法主要用于有機薄膜的厚度測量。光干涉膜厚儀檢測