关于热生长SiO2薄膜厚度的测量

在半导体硅器件的研究工作中,需要准确地测量和控制SiO₂薄膜的厚度。由于干涉原理,SiO₂薄膜在白光照射下呈现颜色。但薄膜厚度与颜色相应的单色光的波长并不成简单的函数关系。本文叙述了用干涉显微镜测量热生长SiO₂薄膜厚度的方法。由测量结果得到SiO₂薄膜的折射率以及SiO₂和硅界面及空气和硅界面反射相移之差。并且测量了一组标准样品的薄膜厚度,列出了薄膜厚度与干涉颜色的对应关系。所得结果与从Rollet数据所推算的结果大致符合。样品厚度还包括了Rollet数据中所未包括的范围(3300—4200?)。     

用干涉显微镜测量薄膜厚度的改进与分析

将干涉显微镜的应用推广到透明薄膜厚度的测量,扩展了干涉显微镜的测量范围和应用领域.基于菲涅耳公式,分析了透明薄膜界面的反射.根据白光干涉原理,利用圆形样品台的定量移动,实现了薄膜厚度的测量.     

用红外干涉法测量薄膜厚度

<正> 在半导体工艺中各种外延生长的薄膜,以及各种氧化薄膜(如SiO_2),氢化薄膜(如SiH)等厚度的测量,目前一般用金相显微镜法,但是测量前样品必需经过化学腐蚀,是一种有损测量法。我们根据薄膜干涉原理,利用红外光谱仪,很简便的、快速的、无损的测量了各种薄膜厚度。原理及计算公式入射光束I_0由空气射到薄膜表面,反射光束R_1和R_0之间的光程差为(见图1):     

基于白光干涉的光学薄膜物理厚度测量方法

设计了一套利用白光干涉理论测量薄膜厚度的系统,主要包括迈克耳孙白光于涉系统和光纤光谱仪.对干涉信号进行频域分析,结合拟合测试与理论能量曲线的方法并选择合适的目标函数,进一步精确反演得到待测薄膜样品的物理厚度,使用上述方法对多组不同厚度的薄膜样品进行计算,并对结果进行了详细的精度及误差分析.将本实验装置测试所得到的数据与传统的光度法相比较,结果表明使用该测试方法测量光学薄膜物理厚度的误差可以小于1 nm.与传统的光度法和椭偏法相比,提供了一种测量光学薄膜厚度的较为简单、快速的解决方案,同时保证了较高的精度.     

p型硅MOS结构Si/SiO_2界面及其附近的深能级与界面态

用深能级瞬态谱(DLTS)技术系统研究了Si/SiO_2界面附近的深能级和界面态。结果表明,在热氧化形成的Si/SiO_2界面及其附近经常存在一个浓度很高的深能级,它具有若干有趣的特殊性质,例如它的DLTS峰高度强烈地依赖于温度,以及当栅偏压使费密能级与界面处硅价带顶的距离明显小于深能级与价带顶的距离时,仍然可以观测到一个很强的DLTS峰。另外,用最新方法测量的Si/SiO_2界面连续态的空穴俘获截面与温度有关,而与能量位置无明显关系,DLTS测量的界面态能量分布与准静态C-V测量的结果完全不一致。本文提出的Si/SiO_2界面物理模型能合理地解释上述问题。     

氧化硅层厚度对Si/SiO2界面电子态结构与光学性质的影响

在氧化硅上生长纳米硅晶,保持氧化硅的直接带隙结构,降低其能带带隙,以用于发光和光伏。采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了块体α-方石英、薄膜α-方石英、Si/SiO₂界面的电子态结构和Si/SiO₂界面的光学性质。结果显示,其均为直接带隙半导体,当薄膜α-方石英厚度和Si/SiO₂界面氧化硅层厚度逐渐减小时,能带带隙均逐渐变大,表现出明显的量子限制效应。光学性质计算结果表明：Si/SiO₂界面虚部介电峰和吸收峰的峰值随氧化硅层厚度降低而显著升高,且峰位向高能量方向蓝移。使用脉冲激光沉积制备了氧化硅上硅晶薄膜,测量了Si/SiO₂界面样品的PL光谱,在670 nm处存在一个强的发光峰,在波长超过830 nm后,Si/SiO₂界面样品的发光强度不断升高。因此,可以通过控制Si/SiO₂界面氧化硅层厚度有效地调控Si/SiO₂界面的电子态结构和光学性质,引进边缘电子态,调控其带隙进入1～2 eV区间,获取硅基发光材料...     

影响基于等厚干涉原理测量膜厚精度的因素分析

基于光学干涉原理的薄膜测量技术是重要的光电检测技术之一.该测量方法可获得较高的测量精度.但是在实际干涉测量中,膜厚测量的精度与所用光束的物理特性以及膜厚本身有较大关系.基于薄膜干涉的基本原理,分析了光束的发散角、薄膜厚度以及光束的入射角对基于薄膜干涉测长结果的影响,这对学生正确理解基于干涉的测量原理,掌握正确的测量方法,提高测量精度具有一定的指导意义.     

基于颜色仿真与匹配的肥皂膜厚度测量

肥皂膜在日常生活和物理学中经常会遇到.在薄膜干涉中也常会作为例子使用.人们总是关心,各种不同肥皂膜的厚度及其变化情况如何.本文以宽光谱LED为光源,观察并用相机拍摄了肥皂膜上的干涉图样,用颜色仿真和匹配法测量了肥皂膜的厚度.并且采用已知波长的单色光重复测量了肥皂膜厚度,同时用等厚干涉公式验证了测量结果.结果显示,与宽光谱光源相比,用单色光源做此类实验更具优势.     

基于激光外差干涉术的薄膜厚度测量方法

针对光学薄膜厚度测量困难问题，提出了一种基于激光外差干涉术的薄膜厚度测量方法。采用经典迈克尔逊干涉光路，利用外差干涉原理将薄膜厚度差转换为光程差，以精密位移平台为扫描机构实现薄膜厚度的逐行扫描测量。测量系统在恒温实验条件下20 min内的漂移不超过8 nm，测量结果平均差小于1 nm，通过与椭圆偏振仪的测量结果比较，测量差值为12.97 nm，表明了该方法的可行性。     

Pt/Si界面的椭圆偏振光谱研究

本文应用椭圆偏振光谱法,研究未经热处理的Pt/(n-Si)界面.在350O(?)～650O(?)的光谱范围内,对椭圆偏振光谱的测量数据进行分析计算,以确定界面的光学响应.结果表明,Pt/(n-Si)界面存在着一界面层,其厚度d_2-30±1(?).本工作同时得到了该界面层的表观光学常数谱和介电函数谱.应用有效介质理论对界面层的介电函数谱进行拟合分析,结果指出,界面层存在着富硅的氧化物(其平均效果是SiO_(1.54)),界面区是Pt、Si和富硅氧化物的物理混合和化学混合区.     

光纤白光干涉法与膜厚纳米测量新技术研究

运用薄膜光学干涉原理、光纤技术和干涉光谱分析技术,用光纤反射式干涉光谱仪(Reflectromic Interference Spectroscopy)直接测试宽带入射光在单晶硅表面超薄SiO₂膜层前后界面反射形成的干涉光谱曲线,并用专业软件对被测光谱信号数据处理后,可直接用公式准确计算出SiO₂氧化膜的厚度和光学折射率通过对单晶硅片表面超薄SiO₂氧化膜的实测,并与成熟的椭圆偏振仪测试结果相比,测试误差≤2nm但该方法测试简单、快速,精度高,不需要制定仪器曲线和数表,可对薄膜任意位置的厚度在线测试经过对不同厚度聚苯乙烯薄膜的厚度测试表明,该方法适合0.5～20μm薄膜厚度的精确在线测量,测量误差小于7nm.     

椭偏光谱法研究溶胶-凝胶TiO2薄膜的光学常数

以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶工艺成功制备了TiO₂薄膜.利用反射式椭圆偏振光谱仪测量了薄膜的椭偏参量Ψ和Δ,并用Cauchy模型对椭偏参数进行数据拟合,得到了薄膜的厚度和光学常数在380—800 nm的色散关系.用分光光度计测量了薄膜的反射率,并用干涉法计算薄膜的厚度;使用原子力显微镜观测了薄膜的表面微结构,分析讨论了不同退火温度处理的薄膜微结构与光学常数之间的关系.研究结果表明,Cauchy模型能较好地符合溶胶-凝胶TiO₂薄 关键词： 光学常数 2薄膜')" href="#">TiO₂薄膜 溶胶-凝胶 椭圆偏振     

梯度封装胶结构设计提升白光LED光色性能

提出一种具有梯度双层掺杂纳米颗粒封装胶结构的白光LED模块,采用热溶液法在倒装芯片表面涂覆掺杂一定浓度TiO_2纳米颗粒的remote层和荧光胶薄膜层,制备成模块样品。利用仪器设备对样品的光色性能进行测试和机理分析。实验结果表明,在芯片和荧光胶薄膜间添加remote层,中心法线处的光提取率比未涂覆remote层增加了32.35%,拟合直线斜率趋向水平,光子空间分布均匀性改善明显。荧光胶薄膜掺杂SiO_2颗粒,随着SiO_2掺杂浓度增加,色温分布曲线逐渐平缓,平均色温由掺杂浓度为0%时的6199.66K下降到5103.24K,下降了21.48%。光通量测量值随着SiO_2掺杂浓度增加先提升后下降,掺杂浓度为0.6%时,达到最大值181mlm,相较于未掺杂SiO_2颗粒提高了9.70%。双层结构白光LED模块界面间通过梯度递减折射率的方式提高光子提取效率,空间颜色的一致性改善明显,为提高白光LED模块的品质提供一种借鉴。     

基于GIXRR反射率曲线的二氧化硅纳米薄膜厚度计算

为了快速、准确得到纳米薄膜厚度,采用Kiessig厚度干涉条纹计算薄膜厚度的线性拟合公式,计算了不同系列厚度(10~120 nm)的二氧化硅薄膜。薄膜样品采用热原子层沉积法(T-ALD)制备,薄膜厚度使用掠入射X射线反射(GIXRR)技术表征,基于GIXRR得到的反射率曲线系统讨论了线性拟合公式计算薄膜厚度的步骤及影响因素,同时使用XRR专业处理软件GlobalFit2.0比较了两种方法得到的膜厚,最后提出一种计算薄膜厚度的新方法-经验曲线法。结果表明：峰位级数对线性拟合厚度产生主要影响,峰位级数增加,厚度增大;峰位对应反射角同样对线性拟合厚度有较大影响,表现为干涉条纹周期增大,厚度减小。但峰位级数及其对应反射角在拟合薄膜厚度过程中引入的误差可进一步通过试差法,临界角与干涉条纹周期的校准来减小。对任意厚度的同一样品,线性拟合和软件拟合两种方法得到的薄膜厚度具有一致性,厚度偏差均小于0.1 nm,表明线性拟合方法的准确性。在厚度准确定值的基础上提出薄膜厚度与干涉条纹周期的经验关系曲线,通过该曲线,可直接使用干涉条纹周期计算薄膜厚度,此方法不仅省略了线性拟合过程中确定峰位级数及其对应反射角的繁琐步骤,而且避免了软件拟合过程中复杂模型的建立,对快速、准确获得薄膜厚度信息具有重要的意义。     

多层光学薄膜周期厚度的双晶X射线掠入射研究

阐述了掠入射Ｘ射线测量薄膜厚度的条件，讨论和分析了掠入射Ｘ射线测量多层薄膜厚度的干涉原理和方法。利用双晶Ｘ射线衍射仪对多层光学薄膜的周期厚度进行了掠入射小角度测量，获得了令人满意的结果，测量值与设计值极好地吻合。     

周期性起伏四层磁性薄膜的克尔效应

结合干涉光刻和磁控溅射制备了一维周期性起伏的磁性多层薄膜。利用扫描探针显微镜对样品的微结构进行表征,利用椭偏仪和磁光测量系统对样品的光学性能参数和磁光克尔效应进行测试和研究。实验结果发现,磁性多层薄膜磁光性能得到极大的提升,磁光增强的克尔谱峰值与条带的宽度、中间层二氧化铪层的厚度有关;利用介质层的厚度可调制复合薄膜的磁光特性。进一步研究发现横克尔效应的增强现象。理论计算的结果证实,磁光增强源于光学腔干涉共振和磁等离激元的耦合效应。     

原子层沉积AlO_x薄膜对单晶硅太阳能电池钝化机制的影响

采用原子层沉积设备在p型单晶制绒硅上制备了不同厚度的AlO_x薄膜。通过研究AlO_x薄膜厚度对样品的反射率、少数载流子寿命以及电容-电压特性的影响,发现沉积32 nm的AlO_x薄膜样品具有最好的钝化效果。另外,通过计算Si/AlO_x界面处的固定电荷密度和缺陷态密度,发现32 nm厚的AlO_x薄膜样品具有最低的缺陷态密度。系统研究了单晶硅材料的表面钝化机制,给出了影响样品载流子寿命的根本来源。     

提拉法SiO_2化学膜厚度与折射率的变化规律研究

采用提拉法在硅基底上制备了多孔溶胶凝胶SiO2膜,用椭偏法测量薄膜的厚度与折射率,考察了提拉速度和胶体浓度对膜层厚度与折射率的影响。对厚度与提拉速度的关系进行线性与幂函数拟合,并比较分析两种拟合的关系及其对工艺流程的作用。比较了不同浓度胶体所得到的同一厚度薄膜的折射率变化规律。结果表明:对于同一胶体浓度下薄膜厚度与提拉速度的正相关关系,线性拟合相比幂函数拟合可以更好地解释实验结果的规律性。同时,折射率在一定范围内也会随着提拉速度的增加而减小。镀同一厚度膜时,浓度大的胶体膜层折射率大。通过对提拉速度和胶体浓度的控制可以得到理想的薄膜厚度与折射率。     

基于反射和透射光谱的氢化非晶硅薄膜厚度及光学常量计算

采用紫外-可见透射光谱仪测量了对靶磁控溅射沉积法制备的氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜的透射光谱和反射光谱.利用T/(1-R)方法来确定薄膜的吸收系数,进而得到薄膜的消光系数|通过拟合薄膜透射光谱干涉极大值和极小值的包络线来确定薄膜折射率和厚度的初始值,并利用干涉极值公式进一步优化薄膜的厚度值和折射率|利用柯西公式对得到的薄膜折射率进行拟合,给出了a-Si:H薄膜的色散关系曲线.为了验证该方法确定的薄膜厚度和光学常量的可靠性,将理论计算得到的透射光谱与实验数据进行了比较,结果显示两条曲线基本重合,可见这是确定a-Si:H薄膜厚度及光学常量的一种有效方法.     

电化学制备薄黑硅抗反射膜

采用计算机控制电流密度按指数规律衰减对单晶硅进行电化学腐蚀,得到了折射率随薄膜厚度连续均匀变化的抗反射膜,即黑硅样品. 这种在制取上快速、经济和工艺非常简单的样品,不仅在较宽波段范围内反射率小于5%,且整个薄膜厚度不足1μm. 利用传输矩阵方法对黑硅样品的反射谱进行模拟,得到了理论与实验符合较好的结果. 关键词： 多孔硅 折射率 抗反射膜 黑硅