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薄膜膜厚儀的原理

來源: 發布時間:2024-05-16

基于表面等離子體共振傳感的測量方案,利用共振曲線的三個特征參量半高寬、—共振角和反射率小值,通過反演計算得到待測金屬薄膜的厚度。該測量方案可同時得到金屬薄膜的介電常數和厚度,操作方法簡單。我們利用Kretschmann型結構的表面等離子體共振實驗系統,測得金膜在入射光波長分別為632.8nm和652.1nm時的共振曲線,由此得到金膜的厚度為55.2nm。由于該方案是一種強度測量方案,測量精度受環境影響較大,且測量結果存在多值性的問題,所以我們進一步對偏振外差干涉的改進方案進行了理論分析,根據P光和S光之間相位差的變化實現厚度測量。隨著技術的不斷進步和應用領域的拓展,其性能和功能會得到提高和擴展。薄膜膜厚儀的原理

白光掃描干涉法利用白光作為光源,通過壓電陶瓷驅動參考鏡進行掃描,將干涉條紋掃過被測面,并通過感知相干峰位置來獲取表面形貌信息。測量原理如圖1-5所示。然而,在對薄膜進行測量時,其上下表面的反射會導致提取出的白光干涉信號呈現雙峰形式,變得更為復雜。此外,由于白光掃描干涉法需要進行掃描過程,因此測量時間較長,且易受外界干擾。基于圖像分割技術的薄膜結構測試方法能夠自動分離雙峰干涉信號,從而實現對薄膜厚度的測量。國產膜厚儀行情廣泛應用于電子、半導體、光學、化學等領域,為研究和開發提供了有力的手段。

為了分析白光反射光譜的測量范圍 ,開展了不同壁厚的靶丸殼層白光反射光譜測量實驗。圖是不同殼層厚度靶丸的白光反射光譜測量曲線,如圖所示,對于殼層厚度30μm的靶丸,其白光反射光譜各譜峰非常密集、干涉級次數值大;此外,由于靶丸殼層的吸收,壁厚較大的靶丸信號強度相對較弱。隨著靶丸殼層厚度的進一步增加,其白光反射光譜各譜峰將更加密集,難以實現對各干涉譜峰波長的測量。為實現較大厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測量,需采用紅外的寬譜光源和光譜探測器。對于殼層厚度為μm的靶丸,測量的波峰相對較少,容易實現靶丸殼層白光反射光譜譜峰波長的準確測量;隨著靶丸殼層厚度的進一步減小,兩干涉信號之間的光程差差異非常小,以至于他們的光譜信號中只有一個干涉波峰,基于峰值探測的白光反射光譜方法難以實現其厚度的測量;為實現較小厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測量,可采用紫外的寬譜光源和光譜探測器提升其探測厚度下限。

薄膜作為重要元件 ,通常使用金屬、合金、化合物、聚合物等作為其主要基材,品類涵蓋光學膜、電隔膜、阻隔膜、保護膜、裝飾膜等多種功能性薄膜,廣泛應用于現代光學、電子、醫療、能源、建材等技術領域。常用薄膜的厚度范圍從納米級到微米級不等。納米和亞微米級薄膜主要是基于干涉效應調制的光學薄膜,包括各種增透增反膜、偏振膜、干涉濾光片和分光膜等。部分薄膜經特殊工藝處理后還具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等特性,對通訊、顯示、存儲等領域內光學儀器的質量起決定性作用[1-3],如平面顯示器使用的ITO鍍膜,太陽能電池表面的SiO2減反射膜等。微米級以上的薄膜以工農業薄膜為主,多使用聚酯材料,具有易改性、可回收、適用范圍廣等特點。例如6微米厚度以下的電容器膜,20微米厚度以下的大部分包裝印刷用薄膜,25~38微米厚的建筑玻璃貼膜及汽車貼膜,以及厚度為25~65微米的防偽標牌及拉線膠帶等。微米級薄膜利用其良好的延展、密封、絕緣特性,遍及食品包裝、表面保護、磁帶基材、感光儲能等應用市場,加工速度快,市場占比高。白光干涉膜厚測量技術可以應用于光學元件制造中的薄膜厚度控制。

 基于白光干涉光譜單峰值波長移動的鍺膜厚度測量方案研究:在對比研究目前常用的白光干涉測量方案的基礎上,我們發現當兩干涉光束的光程差非常小導致其干涉光譜只有一個干涉峰時,常用的基于兩相鄰干涉峰間距的解調方案不再適用。為此,我們提出了適用于極小光程差并基于干涉光譜單峰值波長移動的測量方案。干涉光譜的峰值波長會隨著光程差的增大出現周期性的紅移和藍移,當光程差在較小范圍內變化時,峰值波長的移動與光程差成正比。根據這一原理,搭建了光纖白光干涉溫度傳感系統對這一測量解調方案進行驗證,得到了光纖端面半導體鍺薄膜的厚度。實驗結果顯示鍺膜的厚度為,與臺階儀測量結果存在,這是因為薄膜表面本身并不光滑,臺階儀的測量結果只能作為參考值。鍺膜厚度測量誤差主要來自光源的波長漂移和溫度控制誤差。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。薄膜膜厚儀廠家

白光干涉膜厚測量技術可以實現對薄膜的在線檢測和控制;薄膜膜厚儀的原理

常用白光垂直掃描干涉系統的原理: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。薄膜膜厚儀的原理