基于X射线掠射法的纳米薄膜厚度计量与量值溯源研究

为了实现纳米薄膜厚度的高精度计量,研制了可供台阶仪、扫描探针显微镜等接触测量的纳米薄膜样片,研究了X射线掠射法测量该纳米薄膜样片厚度的基本原理和计算方法,导出了基于Kiessig厚度干涉条纹计算膜层厚度的线性拟合公式,并提出了一种可溯源至单晶硅原子晶格间距和角度计量标准的纳米膜厚量值溯源方法,同时给出了相应的不确定度评定方法.实验证明:该纳米薄膜厚度H测量相对扩展不确定度达到U=0.3 nm+1.5%H,包含因子k=2.从而建立了一套纳米薄膜厚度计量方法和溯源体系.     

白光频域光学相干层析检测方法

针对频域光学相干层析系统成像过程中产生的图像噪声,提出了一种干涉光谱解耦的方法。该方法通过消除干涉光谱中的直流项和自相关项,实现对图像去噪。利用白光作为光源,对聚苯乙烯单层薄膜进行成像实验,得到薄膜的一维深度图像以及二维层析图像。由二维层析图像可以清晰的获取薄膜的内部微观结构及表面形貌信息。实验结果表明,该检测方法可有效消除薄膜的图像噪声,提高图像信噪比和对比度。     

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。     

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。     

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.     

基于相位偏移干涉术的薄膜厚度测量方法

为解决薄膜厚度的高精度测量问题,提出一种基于相位偏移干涉术的薄膜厚度测量新方法,利用该方法对一个实际SiO₂薄膜样片进行测试,通过对所获取的干涉图进行相位解包及数据分析处理,实现对薄膜样片厚度的精确测试。结果表明：该方法具有非接触和测量精度高等优点,所测薄膜厚度的峰谷值为0.162μm,均方根值为0.043μm,为薄膜工艺的进一步研究提供了检测方法上的技术保障。     

利用等厚干涉法测量玻璃弹性模量

提出了一种基于等厚干涉原理测量玻璃弹性模量的方法。在标准平板玻璃上表面和待测平板玻璃下表面形成空气薄膜劈尖,分别测量待测平板玻璃在自然和受力两种状态下等厚干涉条纹的分布情况,从而得出玻璃弹性模量。该方法有效消除了玻璃平板表面不平整、材料内部不均匀和自身重力等因素对测量结果的影响。干涉条纹的分布信息通过CCD图像采集及计算机处理获得。该方法原理简单,设备常见,测量精度高,适用于实验教学,也可用于科研测量。     

利用等厚干涉法测量玻璃弹性模量简

提出了一种基于等厚干涉原理测量玻璃弹性模量的方法。在标准平板玻璃上表面和待测平板玻璃下表面形成空气薄膜劈尖,分别测量待测平板玻璃在自然和受力两种状态下等厚干涉条纹的分布情况,从而得出玻璃弹性模量。该方法有效消除了玻璃平板表面不平整、材料内部不均匀和自身重力等因素对测量结果的影响。干涉条纹的分布信息通过CCD图像采集及计算机处理获得。该方法原理简单,设备常见,测量精度高,适用于实验教学,也可用于科研测量。     

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.     

基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法

在研究二维FFT法进行干涉测试基本原理的基础上,提出一种基于二维FFT的薄膜厚度测量新方法。利用搭建的泰曼-格林型干涉系统,用CCD接收、采集卡采集,可获得被测膜层的干涉条纹图像。编制算法处理软件,可实现对干涉条纹图中薄膜边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一等的处理,从而获得带有薄膜信息的面形分布,实现对薄膜样片厚度的自动化测量。研究结果表明：所测薄膜厚度的峰谷值为0．2562,均方根值为0．068λ,说明采用基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法测量薄膜厚度具有较高的精度。     

基于PASCO平台的透明材料折射率的测量

将迈克耳孙干涉仪和PASCO实验平台相结合,设计了一种高精度、高效率测量透明材料折射率的方法.首先分析PASCO迈克耳孙干涉仪测量材料折射率的原理,然后利用高性能PASCO传感器和计算机对干涉条纹进行图像采集和数据处理,得到待测透明材料的折射率信息.最后对材料折射率的不确定度进行探究.实验结果表明,旋转角度θ对折射率的不确定度影响最大,厚度d次之,干涉条纹计数K影响最小.PASCO实验平台配合迈克耳孙干涉仪可以准确、高效的记录干涉条纹在"吞吐"时光强的变化,降低条纹计数测量的不确定度,从而提高透明材料折射率的计算精度.同时该方法还可用于和透明材料折射率相关的其他特性的测量.     

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.     

白光干涉的谱分析及其数据处理

通过白挑干涉谱,计算出生长在GaAs衬底上的氮化镓薄膜厚度。重点介绍干涉谱包含的信息及数据分析方法。     

用迈克尔逊干涉仪测量单层薄膜的厚度和折射率

薄膜厚度的测量是薄膜科学的重要分支之一，本文讨论用迈克尔逊干涉仪观察白光等厚彩色干涉条纹方法，从而确定薄膜的厚度和折射率，该方法的优点是测量精度高，原理简单，在一次测量过程中可同时确定薄膜的厚度和折射率。     

基于透射谱的GaN薄膜厚度测量

通过对蓝宝石衬底异质外延GaN薄膜光学透射谱的分析，结合晶体薄膜的干涉效应原理并考虑折射率随光子波长变化的影响，从理论上推导出了实用的薄膜厚度计算方法. 实际应用表明，该方法是一种快速准确的GaN薄膜厚度测量方法. 关键词： GaN 透射谱 厚度测量     

基于白光干涉测量色散补偿薄膜的群延迟色散

为精确测量超快激光色散补偿薄膜的群延迟色散,提出了一种基于窗口傅里叶变换和样条插值去噪算法的新型白光干涉测量方案。计算机模拟表明此方法测试精度可达0.58fs2。分析了高斯噪声和光强平均效应对测试精度的影响,并使用此方法对实验制备的Gires-Tournois干涉反射镜和啁啾镜进行了测试,在宽光谱范围内测试误差小于10fs2。该方法相比其他算法可以更快速、更精确地实现薄膜相位信息的提取,具有更高的测试精度和实用性。     

迈克尔逊干涉测薄膜厚度

在利用迈克尔逊干涉测量薄膜厚度的实验装置中加入了压力传感器。该设计光路可以在无需已知薄膜透射率、折射率等物理参数的情况下,测得薄膜厚度,而且基本消除了外界挤压对薄膜厚度造成的误差影响。     

利用迈克耳孙干涉仪检测薄膜玻璃厚度一致性

提出了利用迈克耳孙干涉仪快速检测薄膜玻璃厚度一致性的方法,即只在干涉仪的单一光路同时插入2片材料相同的薄膜玻璃片,对比白光通过两薄膜玻璃片产生的干涉图样,判断其厚度是否一致.对相差较大的玻璃片进一步测出厚度差值,并与螺旋测微器测得的结果进行比较,验证了该方法的可行性.     

TE0导模干涉刻写周期可调亚波长光栅理论研究

通过棱镜耦合激发非对称金属包覆介质波导结构中的TE₀导波模式, 利用两束TE₀模的干涉从理论上实现了周期可调的亚波长光栅刻写. 分析了TE₀模式的色散关系, 刻写亚波长光栅的周期与激发光源、棱镜折射率、光刻胶薄膜厚度及折射率之间的关系. 用有限元方法数值模拟了金属薄膜、光刻胶薄膜和空气多层结构中TE₀导模的干涉场分布. 研究发现, 激发光源波长越短, TE₀ 模干涉刻写的亚波长光栅周期越小; 光刻胶越厚, 刻写的亚波长光栅周期越小; 高折射率光刻胶有利于更小周期亚波长光栅的刻写. 相较于表面等离子体干涉光刻, 基于TE₀ 模的干涉可在厚光刻胶条件下通过改变激发光源、棱镜折射率、光刻胶材料折射率、特别是光刻胶薄膜的厚度等多种方式实现对亚波长光栅周期的有效调控.     

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.