在納米量級薄膜的各項相關參數中 ,薄膜材料的厚度是薄膜設計和制備過程中的重要參數,是決定薄膜性質和性能的基本參量之一,它對于薄膜的光學、力學和電磁性能等都有重要的影響[3]。但是由于納米量級薄膜的極小尺寸及其突出的表面效應,使得對其厚度的準確測量變得困難。經過眾多科研技術人員的探索和研究,新的薄膜厚度測量理論和測量技術不斷涌現,測量方法實現了從手動到自動,有損到無損測量。由于待測薄膜材料的性質不同,其適用的厚度測量方案也不盡相同。對于厚度在納米量級的薄膜,利用光學原理的測量技術應用。相比于其他方法,光學測量方法因為具有精度高,速度快,無損測量等優勢而成為主要的檢測手段。其中具有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。工作原理是基于膜層與底材反射率及相位差,通過測量反射光的干涉來計算膜層厚度。白光干涉膜厚儀大概價格多少
折射率分別為1.45和1.62的2塊玻璃板,使其一端相接觸,形成67的尖劈.將波長為550nm的單色光垂直投射在劈上,并在上方觀察劈的干涉條紋,試求條紋間距。
我們可以分2種可能的情況來討論:
一般玻璃的厚度可估計為1mm的量級,這個量級相對于光的波長550nm而言,應該算是膜厚e遠遠大于波長^的厚玻璃了,所以光線通過上玻璃板時應該無干涉現象,同理光線通過下玻璃板時也無干涉現象.空氣膜厚度因劈角很小而很薄,與波長可比擬,所以光線通過空氣膜應該有干涉現象,在空氣膜的下表面處有一半波損失,故光程差應該為2n2e+λ/2.
(2)假設玻璃板厚度的量級與可見光波長量級可比擬,當單色光垂直投射在劈尖上時,上玻璃板能滿足形成薄膜干涉的條件,其光程差為2n2e+λ/2,下玻璃板也能滿足形成薄膜于涉的條件,光程差為2n1h+λ/2,但由于玻璃板膜厚均勻,h不變,人射角i=儼也不變,故玻璃板形成的薄膜干涉為等傾又等厚干涉條紋,要么玻璃板全亮,要么全暗,它不會影響空氣劈尖干涉條紋的位置和條紋間距。空氣劈尖干涉光程差仍為2n2e+λ/2,但玻璃板會影響劈尖干涉條紋的亮度對比度. 白光干涉膜厚儀大概價格多少標準樣品的選擇和使用對于保持儀器準確度至關重要。
采用峰峰值法處理光譜數據時 ,被測光程差的分辨率取決于光譜儀或CCD的分辨率。我們只需獲得相鄰的兩干涉峰值處的波長信息即可得出光程差,不必關心此波長處的光強大小,從而降低數據處理的難度。也可以利用多組相鄰的干涉光譜極值對應的波長來分別求出光程差,然后再求平均值作為測量光程差,這樣可以提高該方法的測量精度。但是,峰峰值法存在著一些缺點:當使用寬帶光源作為輸入光源時,接收光譜中不可避免地疊加有與光源同分布的背景光,從而引起峰值處波長的改變,引入測量誤差。同時,當兩干涉信號之間的光程差很小,導致其干涉光譜只有一個干涉峰的時候,此法便不再適用。
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。通過測量反射光的干涉來計算膜層厚度,利用膜層與底材的反射率和相位差來實現測量。
干涉測量法是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。采用光學干涉原理的測量系統一般具有結構簡單,成本低廉,穩定性好,抗干擾能力強,使用范圍廣等優點。對于大多數的干涉測量任務,都是通過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,來研究干涉裝置中待測物理量引入的光程差或者是位相差的變化,從而達到測量目的。光學干涉測量方法的測量精度可達到甚至優于納米量級,而利用外差干涉進行測量,其精度甚至可以達到10-3nm量級。根據所使用光源的不同,干涉測量方法又可以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,但是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者是連續信號的變化,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,在薄膜厚度的測量中得到了廣泛的應用。這種膜厚儀可以測量大氣壓下 。高精度膜厚儀產品使用誤區
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。白光干涉膜厚儀大概價格多少
白光干涉測量技術,也被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,例如超輻射發光二極管、發光二極管等。同所有的光學干涉原理一樣,白光干涉同樣是通過觀察干涉圖樣的變化來分析干涉光程差的變化,進而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。中心零級干涉條紋的存在使測量有了一個可靠的位置的參考值,從而只用一個干涉儀即可實現對被測物理量的測量,克服了傳統干涉儀無法實現測量的缺點。同時,相比于其他測量技術,白光干涉測量方法還具有對環境不敏感、抗干擾能力強、測量的動態范圍大、結構簡單和成本低廉等優點。目前,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、位移等等測量領域已經得到廣泛的應用。白光干涉膜厚儀大概價格多少