薄膜折射率的测量研究+文献综述(3)
1.1.5 新型薄膜折射率测量方法
近年来， 光纤传感、光谱分析、CCD测量以及计算机技术迅速发展，产生了许多新的折射率测量方法和测量仪器。它们或对原有测量方法进行改进，或另辟蹊径，采用完全不同的测量原理和测量手段，进而实现了对样品折射率的准确、快速、自动化测量[17]。
基于光强调制菲尼尔原理的新型光纤传感折射率仪（图3），通过测量材料表面反射率的方法求得材料折射率值，测量范围宽(n<2.999)，操作方便，无需有毒溶液，但其线性范围小，稳定性较差[18]。基于共振波长调制和表面等离子体波共振(SPR)效应的光谱分析法测量折射率（图4），具有抗电磁干扰、SPR传感探头尺寸小以及响应快等优点，结合采用光谱分析的方法进行折射率的测量，可以达到很高的测量精度。该测量方法的实质即利用SPR效应，对光谱中的共振波长值进行调制，共振波长与介质折射率存在一定对应关系，通过检测共振波长值，即可得到介质的折射率[19]。基于几何信息调制的线阵CCD测量透明介质折射率方法（图5），使用的仪器少，操作简单，就目前的实验条件而言，CCD判别条纹移动的精度对折射率测量的影响要小于角度测量精度对之的影响。该方法还可以测量各向同性透明薄膜样品的折射率，为探索新型有机薄膜的折射率及其有关特性提供便利的手段[20]，但这种折射率测量方法基于偏移量的测量，这要求待测物的上下表面平行，至少应形状规则，以便建立折射率n与偏移量的关系，对于测定形状不规则的非可再生性样品，需要采取特殊措施或其他方法，这在一定程度上限制了其应用[21]。
不同的薄膜折射率测量方法各有特点，都存在一定的测量精度、测量范围和局限性，且有一定的互补性，对于不同的薄膜，根据其类型、性质、膜厚及折射率变化范围和所测量参数的精度要求及测量时间，需要采取不同的测量方法，灵活运用，已达到实验和工业上的要求。其中，椭偏法以其测量快速精确、非破坏性同时测量薄膜的折射率和厚度、可适用于测量材料的吸收系数和金属的负折射率等光学参数等诸多优点，目前在物理学、电化学、生物学、光学工业、电子工业、医药工业等许多领域得到广泛运用，成为薄膜测量使用最广泛的方法[22]。
1.2椭偏技术的研究进展
目前，椭偏仪主要用于探测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构，可用于半导体、电介质、聚合物、有机物、金属、多层膜物质等材料的测量。由于测量时，仪器与样品非接触，对样品没有破坏且不需要真空，因此椭偏法测量在半导体、通讯、数据存储、光学镀膜、平板显示器、科研、生物、医药等众多行业得到广泛的运用。
1887年，Drude第一次提出椭偏理论，并建立了第一套实验装置，成功地测量了18种金属的光学常数。1945年，Rothen第一次提出了“Ellipsometer”(椭偏仪) 一词，将其用于测量和研究薄膜表面的折射率、厚度等光学性质。之后，椭偏仪有了长足发展，被广泛应用于薄膜测量领域[23]。60年代研制了马达驱动自动消光椭偏仪和利用电光效应的自消光椭偏仪。1969年，Jasperson根据偏振调制原理研制了自动椭偏仪，同时Cahan和Spanier首次报道了自动旋转检偏器式的椭偏仪。70年代，椭偏术向更高层次发展。1975年，美国贝尔实验室的Aspnes利用光栅单色仪产生可变波长，设计出了波长范围为220～720nm的计算机化的旋转检偏器自动椭偏仪，测量了不同波长下固体材料的光学特性，由此揭开了椭圆偏振光谱学(SE)测量的序幕。此后，R.w.Stobie等研制出2.5～4.5μｍ的红外自动椭偏仪，使波长从紫外、可见区发展到红外范围。1981年出现了2.5～50μｍ波段的椭偏仪，到1993年后波长则达到300μｍ。经过技术的不断积累和准备，于90年代初，可供实用的全自动光度型椭圆偏振光谱仪作为商品出现在世界科技市场上[24]。