椭偏与光度法联用精确测定吸收薄膜的光学常数与厚度

介绍了一种同时利用椭偏仪和分光光度计精确测量薄膜光学常数的方法, 并详细比较了该方法与使用单一椭偏仪拟合结果的可靠性.采用可变入射角光谱型椭偏仪（VASE）表征了250—1700 nm波段辉光放电法沉积的类金刚石薄膜,研究发现当仅用椭偏参数拟合时,由于厚度与折射率、消光系数的强烈相关性,无法得到吸收薄膜光学常数的准确解.如果加入分光光度计测得的透射率同时拟合,得到的结果具有很好的惟一性.该方法无需设定色散模型即可快速拟合出理想的结果,特别适合于确定透明衬底上较薄吸收膜的光学常数. 关键词： 光学常数 光谱型椭偏仪 吸收薄膜 透射率     

椭偏与光度法联用精确测定吸收薄膜的光学常数与厚度

介绍了一种同时利用椭偏仪和分光光度计精确测量薄膜光学常数的方法, 并详细比较了该方法与使用单一椭偏仪拟合结果的可靠性.采用可变入射角光谱型椭偏仪（VASE）表征了250—1700 nm波段辉光放电法沉积的类金刚石薄膜,研究发现当仅用椭偏参数拟合时,由于厚度与折射率、消光系数的强烈相关性,无法得到吸收薄膜光学常数的准确解.如果加入分光光度计测得的透射率同时拟合,得到的结果具有很好的惟一性.该方法无需设定色散模型即可快速拟合出理想的结果,特别适合于确定透明衬底上较薄吸收膜的光学常数.     

光谱型椭偏仪精确表征非晶吸收薄膜的光学常数

采用光谱型椭偏仪(SE)和分光光度计分别测量了超薄类金刚石(DLC)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜的椭偏参数(y和D)和透射率T。由于薄膜的厚度与折射率、消光系数之间存在强烈的相关性,仅采用椭偏参数拟合,难以准确得到薄膜的光学常数。如果加入透射率同时进行拟合(以下简称SE+T法),可简单、快速得到薄膜的厚度和光学常数。但随机噪声、样品表面的轻微污染或衬底上任何小的吸收都可能影响SE+T法拟合的光学常数的准确性。因此将SE+T法和光学常数参数化法联用,实现DLC、a-Si薄膜光学常数的参数化,以消除测量数据中的噪声对光学常数的影响。结果显示,联用时的拟合结果具有更好的唯一性,而且拟合得到的光学常数变得平滑、连续且符合Kramers-Kronig(K-K)关系。这种方法特别适合于精确表征厚度仅为几十纳米的非晶吸收薄膜的光学常数。     

光谱型椭偏仪精确表征非晶吸收薄膜的光学常数EI北大核心CSCD

采用光谱型椭偏仪(SE)和分光光度计分别测量了超薄类金刚石(DLC)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜的椭偏参数(y和D)和透射率T。由于薄膜的厚度与折射率、消光系数之间存在强烈的相关性,仅采用椭偏参数拟合,难以准确得到薄膜的光学常数。如果加入透射率同时进行拟合(以下简称SE+T法),可简单、快速得到薄膜的厚度和光学常数。但随机噪声、样品表面的轻微污染或衬底上任何小的吸收都可能影响SE+T法拟合的光学常数的准确性。因此将SE+T法和光学常数参数化法联用,实现DLC、a-Si薄膜光学常数的参数化,以消除测量数据中的噪声对光学常数的影响。结果显示,联用时的拟合结果具有更好的唯一性,而且拟合得到的光学常数变得平滑、连续且符合Kramers-Kronig(K-K)关系。这种方法特别适合于精确表征厚度仅为几十纳米的非晶吸收薄膜的光学常数。     

多样品法确定类金刚石薄膜的光学常数与厚度

采用乙烷气体辉光放电法在单晶Si衬底上制备了名义厚度分别为75,150和250nm的类金刚石碳(DLC)薄膜,除沉积时间外其他工艺参数完全一致。使用可变入射角光谱型椭偏仪(VASE)测量了380～1700nm波段的椭偏谱。该研究发现,对单一DLC样品的椭偏数据进行分析时,一定的范围内,假定不同的薄膜厚度均可以得到非常好的拟合结果。结果表明,采用单样品椭偏法拟合时,厚度与光学常数呈现出强烈的关联性,无法快速获得准确的结果。采用多样品椭偏法,对三个样品建立相同的物理模型,假定他们的光学常数相同,进行数据拟合。分析发现该方法可以快速、简便地获得精确的折射率、消光系数以及厚度值。经过检验,结果具有非常好的唯一性。     

椭偏透射法测量氢化非晶硅薄膜厚度和光学参数

针对多角度椭偏测量透明基片上薄膜厚度和光学参数时基片背面非相干反射光的影响问题,报道了利用椭偏透射谱测量等离子增强化学气相沉积法(PECVD)制备的a-Si:H薄膜厚度和光学参数的方法,分析了基片温度T_s和辉光放电前气体温度T_g的影响.研究表明,用椭偏透射法测量的a-Si:H薄膜厚度值与扫描电镜(SEM)测得的值相当,推导得到的光学参数与其他研究者得到的结果一致.该方法可用于生长在透明基片上的其他非晶或多晶薄膜. 关键词： 椭偏测量 透射法 光学参数 氢化非晶硅薄膜     

过滤电弧沉积非晶金刚石薄膜的光谱椭偏研究

为了深入理解过滤阴极电弧沉积非晶金刚石薄膜的光学性质,利用光谱椭偏仪研究了薄膜光学常数随测试偏振光波长变化的谱学关系,进而分析了薄膜折射率、消光系数和光学带隙与沉积能量之间的变化规律。实验表明,非晶金刚石薄膜的折射率高于金刚石晶体的折射率,薄膜的吸收光谱在高吸收区可以用抛物线型函数描述,并由此计算Tauc带隙。随着波长向红外延伸,非晶金刚石薄膜的消光系数渐次降低并趋近于零,光学常数因沉积能量变化而实现的调整幅度也逐渐缩小。随着衬底偏压的增加,折射率和光学带隙都是先升高后减小,并在负偏压为80 V时有最大值;而消光系数却是先减小再升高,在负偏压为80 V时有最小值。     

基片温度对PLD制备ZnO薄膜光学常数的影响

光谱椭偏仪被用来研究用脉冲激光沉积方法在Si(100)基片上,温度分别为400,500,600,700 ℃制备的ZnO薄膜的特性。利用三层Cauchy散射模型拟合椭偏参数,计算了每个温度下制备的ZnO薄膜在400~800 nm波长范围内的折射率(n)和消光系数(k)。发现基片温度对光学常数有很大的影响。通过分析XRD表征的晶体结构和 AFM表征的薄膜表面形貌,发现折射率的变化归因于薄膜堆积密度的变化。为了获得具有较好的光学和薄膜质量的ZnO薄膜,相比与其他沉积温度600 ℃或许是最佳的沉积温度。     

纳米尺度HfO_2薄膜不同厚度对光学性质的影响

Hf O_2薄膜厚度达到纳米级别时,其光学性质会发生变化。光谱椭偏仪能够同时得到纳米尺度薄膜的厚度和光学常数,但是由于测量参数的关联性,光学常数的结果不准确可靠。本文采用溯源至SI单位的掠入射X射线反射技术对纳米尺度Hf O_2薄膜厚度进行准确测量,再以该量值为准确薄膜厚度参考值。利用光谱椭偏仪测量Hf O_2膜厚和光学常数时,参考膜厚量值,从而得到对应相关膜厚的薄膜准确光学参数。研究了以Al2O_3作为薄膜缓冲层的名义值厚度分别为2,5,10 nm的超薄Hf O_2薄膜厚度对光学性质的影响。实验结果表明,随着Hf O_2薄膜厚度的增加,折射率也逐渐增大,在激光波长632.8 nm下其折射率分别为1.901,2.042,2.121,并且接近于体材料,而消光系数始终为0,表明纳米尺度Hf O_2薄膜在较宽的光谱范围内具有较好的增透作用,对光没有吸收。     

射频磁控溅射制备氮化锌薄膜的椭圆偏振光谱研究

在不同的衬底温度下,使用反应射频磁控溅射法,在玻璃衬底上制备了氮化锌薄膜样品.用X射线衍射仪、原子力显微镜和椭偏仪对薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性质进行了表征分析.薄膜的晶粒尺寸会随着衬底温度的升高先增大后减小,在200?C时薄膜的结晶性最好.用椭偏仪测试样品,建立物理模型计算出氮化锌薄膜在430—850 nm范围内的折射率和消光系数等光学参数.利用Tauc公式计算出氮化锌薄膜的光学带隙在1.73—1.79 eV之间.     

Deposition of carbon films using close space sublimation

Carbon films are fabricated for the first time using an inexpensive and ecologically safe modified method of close space sublimation at atmospheric pressure. They are deposited onto quartz, glass, glass ceramic (Pyroceram), and silicon substrates. The main properties of the films (such as the growth rate, morphology and structure, optical properties, the dependences of these properties on the deposition temperature and the substrate material) are studied by X-ray diffraction, atomic force microscopy, multiangular ellipsometry, and the measurement of transmission and reflectance spectra in the visible and near ultraviolet regions. The growth rate is 5 nm/min at a film nucleation temperature of 800°C. The film thickness varies from 0.2 to 2.2 μm, and the minimum surface roughness is 0.5 nm. The refractive indices of the films range from 1.3 to 1.8 depending on the growth and subsequent heat treatment conditions. The optical energy gap is 5.4 eV.     

采用椭偏法结合分光光度法研究极薄银的光学常数

极薄银在滤光片、高反射镜等中有广泛的应用,其光学常数严重影响着膜系的特性。在室温条件下,采用电阻热蒸发技术分别在硅和玻璃基底上沉积5.3 nm~26 nm不同厚度的极薄银薄膜,用TalySurfCCI非接触式轮廓仪测量了薄膜的厚度,研究了不同厚度银薄膜的光学常数n和k。镀制厚度5.3 nm、7.9 nm、14.1 nm、26.0 nm的银薄膜,结果显示极薄银的光学常数与块状银光学常数不同,当膜厚小于14.1 nm时,折射率n在380 nm~600 nm随波长增加而增加,在600 nm~1 600 nm随波长增加缓慢减小至趋于稳定值2.6;消光系数k在380 nm~500 nm随着波长增加而增加,在500 nm~1 600 nm随波长增加而缓慢减小至趋于0不变;当膜厚大于14.1 nm时,折射率随波长增加而增加,消光系数随波长近似呈线性增加。整体上,膜厚增加时折射率减小且趋于块状银的折射率,k随厚度增加而增加并最终趋于块状膜。用此拟合的光学常数代入TFc膜系设计软件计算其透射率,发现与分光光度计测得的透射率吻合较好。     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5 nm~114 nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32 nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32 nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质(英文)

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5nm～114nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

膜层厚度对金属薄膜光学常数的影响

从麦克斯韦方程出发,可以得到超薄金属膜层光学常数n、k与其厚度有关系的理论依据。采用电阻热蒸发和电子束热蒸发的方法在K9玻璃基底上分别沉积了不同厚度的Cu膜、Cr膜、Ag膜,由椭偏法检测、Drude模型拟合,获得了不同厚度Cu膜、Cr膜、Ag膜光学常数n、k随波长λ的变化规律。超薄金属薄膜与块状金属的光学常数相差较大,随着薄膜厚度的增加,n、k值趋近于块状金属。通过对样品膜层吸收、色散特性的分析,发现连续金属薄膜在可见光波段对长波的吸收较大,而且相比于介质薄膜平均色散率高10mn～102nm量级。     

Effect of annealing on the optical properties of In2Te3 thin films

2 Te₃ thin films of different thickness were prepared in a vacuum of 10^-5 Torr onto glass and quartz substrates held at about 300 K during the deposition process. X-ray diffraction analysis showed that the prepared samples in bulk or as-deposited thin-film forms were in an amorphous state. On annealing at 573 K, films have a β-phase polycrystalline structure. Transmittance and reflectance measurements in the spectral range of 400–2500 nm for films deposited onto quartz substrates were used to calculate the optical constants (the refractive index n, the absorption index k and the absorption coefficient α) for In₂Te₃ films, either as-deposited or annealed at different temperatures. The refractive index has anomalous behavior in the region of the fundamental absorption edge. The allowed optical transitions were found to be nondirect transitions, with an optical gap of 1.02 eV for the samples under test. The effect of annealing on the optical gap is interpreted in terms of the density of states proposed by Mott and Davis. Received: 22 June 1997/Accepted: 9 July 1997     

Accuracy of Determining the Optical Parameters of Thin Films by the Method of the Reflectance-Spectrum Extrema Envelopes

A technique to evaluate the accuracy with which the optical parameters of thin films are determined by the method of reflectance-spectrum extrema envelopes is presented. The general case of s-polarized light impinging obliquely on a weakly absorbing thin film formed on an absorbing substrate is discussed. Rather simple analytical expressions are derived which can easily be used in program realization on computers for calculating errors. On the basis of the error analysis, a procedure for determining the optical constants and thickness of thin films is proposed, which allows one to reach the maximum accuracy in solving the inverse problem of spectrophotometry. The optical constants and the thicknesses of the films of perylenetetracarboxylic acid and 2-[4-(4-aminophenyl)phenyliminomethyl]phenol formed on silicon substrates are found by the developed technique in the spectral range 550–900 nm.     

溅射条件对ZnS薄膜的光学常量和微结构的影响

为了研究制备条件对射频溅射ZnS薄膜光学常量和微结构的影响,在浮法玻璃上制备了不同溅射气压、溅射功率和溅射温度的ZnS薄膜,利用紫外可见近红外分光光度计在300～2 500 nm的波长范围内测量了薄膜的透射和反射光谱,并通过光谱拟和计算出ZnS薄膜的光学常量以及禁带宽度.通过X射线衍射分析了薄膜的微结构随溅射温度的改变.研究结果表明,随着制备条件的不同,ZnS薄膜的光学常量和微结构会发生变化.