薄膜折射率的测量研究+文献综述(2)
时间:2017-01-17 19:59 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
用准波导法测量薄膜的折射率，只需要角度测量，方法简单、精度高，但是准波导法要求样品折射率大于衬底的折射率，限制了低折射率的样品的测量[6]。 1.1.2 棱镜法 棱镜耦合法是通过在薄膜样品表面放置一块耦合棱镜，将入射光导入被测薄膜，检测和分析不同入射角的反射光，确定波导膜耦合角，从而求得薄膜厚度和折射率的一种接触测量方法，其实验装置如图2。它需要通过准波导的辅助才能进行薄膜折射率的测量和计算。一般的全介质平面波导可采用棱镜耦合, 确定导波层的折射率和厚度，对于强吸收介质衬底上的薄膜，在薄膜表面镀一层薄金属膜，形成金属-薄膜-强吸收衬底的类波导结构[7]。 棱镜法的原理简单，操作容易，数据处理也不复杂，不但可以测量块状样品和单层膜样品，而且可以测量双层膜和双折射膜的厚度和折射率。在有机材料、聚合物和光学波导器件等领域中有广泛应用[8,9]。棱镜法的实验测量精度与转盘的转角分辨率、所用棱镜折射率、薄膜的厚度和折射率范围及衬底的性质等因素有关,并且存在测量薄膜厚度的下限, 待测薄膜表面要求平整和干净，测量时间约20秒以上，测量精度也不够高，无法同时获得薄膜的厚度，不适合于实时测量。 国内有人利用棱镜耦合法进行厚度和折射率测量的实验，但未见形成商品。在国外，美国的Metricon公司从70年代开始研制和生产镜耦合测量仪，90年代推出第三代产品——Metricon-2010型，实现测量过程的自动化[15]。 1.1.3 干涉法 干涉法是利用薄膜的干涉来测量薄膜折射率的光学方法，包括牛顿环法、劈尖干涉法、迈克尔逊干涉仪法，分光光度计法等。干涉法的基本原理很简单，它就是利用干涉色，等厚干涉条纹或是干涉显微镜的干涉方法测量薄膜折射率的[10]。 干涉法不但可以测量透明薄膜、弱吸收薄膜和非透明薄膜，而且适用于双折射薄膜。但是一般来说，干涉法不能同时确定薄膜的厚度和折射率，只能用其它方法测得其中一个量，用干涉法求另一个量。另外，确定干涉条纹的错位条纹数比较困难，对低反射率的薄膜所形成的干涉条对比度低，会带来测量误差，而且薄膜要有台阶，测量过程调节复杂，容易磨损薄膜表面等，这些都对测量带来不便，由于实验仪器的限制，测量精度不够。例如，用迈克尔逊干涉法测量薄膜折射率时, 当薄膜的厚度h<λ/4(λ为光源波长)时，无法测量，最小可见度位置判断不准确也会引入较大的误差[11]。为了获得较为理想的测量结果，一般要对仪器进行改进。典型产品有上海光学仪器厂的6JA型干涉显微镜，为了提高条纹错位量的判读精度，一些多光束干涉仪采用了一个F-P干涉器装置与显微系统结合，形成多光束等厚干涉条纹，其测量精度达到λ／100～λ／1000[12,13]。 1.1.4 椭偏法 椭偏法是基于偏振光束在薄膜界面上反射或透射时出现偏振态的变化来进行测量的一种方法。使一束自然光经起偏器后变成线偏振光，再经过1/4波片，使它变成椭圆偏振光入射在待测的膜上,反射时，光的偏振状态将发生变化，通过检测这种变化，便可以推算出待测膜面的光学参数（ 膜厚和折射率）[14]。 椭偏法具有很高的测量灵敏度和精度，且入射角可在30°～90°内连续调节，以适应不同样品；测量时间达到ms量级，已用于薄膜生长过程的厚度和折射率监控。但是，由于影响测量准确度因素很多，如入射角、系统的调整状态、光学元件质量、环境噪声、样品表面状态、实际待测薄膜与数学模型的差异等都会影响测量的准确度。椭偏法适合于透明的或弱吸收的各向同性的厚度小于一个周期的薄膜，也可用于多层膜的测量[15]。一般椭偏仪的实验装置并不复杂，但实验数据处理却比较困难，不仅涉及到非常复杂的三角函数计算，而且求解方程的非线性和非正定性更增加了数值计算的难度[16]，对样品的便面也有较高的要求。 (责任编辑：qin) |