一种可溯源的光谱椭偏仪标定方法

提出了一种用X射线反射术标定光谱椭偏仪的方法.作为一种间接测量方法,光谱椭偏术测得的薄膜厚度依赖于其光学常数,不具有可溯源性.在掠入射条件下,X射线反射术能测得薄膜的物理厚度,测量结果具有亚纳米量级的精密度且与薄膜光学常数无关.在单晶硅基底上制备了厚度分别为2nm,18nm,34nm,61nm及170nm的SiO2薄膜标样,并用强制过零点的直线拟合了两种方法的标样测量结果,拟合直线的斜率为1.013±0.013,表明该方法可在薄膜厚度测量中标定光谱椭偏仪.     

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     

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.     

不同厚度溅射Ag膜的微结构及光学常数研究

用直流溅射法在室温Si基片上制备了4．9nm-189.0nm范围内不同厚度的Ag薄膜，并用X射线衍射及反射式椭偏光谱技术对薄膜的微结构和光学常数进行了测试分析。结构分析表明：制备的Ag膜均呈多晶状态，晶体结构仍为面心立方；随膜厚增加薄膜的平均晶粒心潮6．3nm逐渐增大到14．5nm；薄膜晶格常数均比标准值（0．40862nm)稍小，随膜厚增加，薄膜晶格常数由0．40585nm增大到0.40779nm。250nm-830nm光频范围椭偏光谱测量结果表明：与Johnson的厚Ag膜数据相比，我们制备的Ag薄膜光学折射率n总体上均增大，消光系数k变化复杂；在厚度为4．9nm-83.7nm范围内，实验薄膜的光学常数与Johnson数据差别很大，厚度小于33．3nm的实验薄膜k谱线中出现吸收峰，峰位由460nm红移至690nm处，且其对应的峰宽逐渐宽化；当膜厚达到约189nm时，实验薄膜与Johnson光学常数数据已基本趋于一致。     

自适应模拟退火遗传算法在薄膜厚度及光学常数反演中的应用

准确的测量薄膜的厚度和光学常数,在薄膜的制备、研究和应用中都是十分重要的。借助Cauchy色散模型,通过薄膜透过率测量曲线,用改进的自适应模拟退火遗传算法对透过率曲线进行全光谱拟合,从而反演得到薄膜的厚度和光学常数。对由电子束蒸发制备的TiO2单层膜和SiO2/TiO2双层膜的厚度和光学常数进行了测量计算。实验结果表明,计算得到的光学参数与实测结果相一致,厚度误差小于2nm,在560nm波长处折射率误差小于0.03。     

椭偏精确测定透明衬底上吸收薄膜的厚度及光学常数

椭偏仪难以精确测量透明衬底上吸收薄膜光学常数的原因:1)衬底的背面反射光为非相干光, 它的存在会极大的增加拟合难度; 2)衬底光学常数(折射率和消光系数)的差异会影响测量的准确性, 而且会在吸收薄膜的光学常数中表现出来, 需要单独测量其光学常数; 3)厚度与光学常数之间呈现强烈的关联性. 针对以上三个问题, 选择石英玻璃、载玻片、盖玻片和普通浮法玻璃作为研究对象. 采用折射率匹配法消除上述衬底背面反射光的影响. 结果显示, 折射率匹配法能够有效消除折射率在1.43-1.64、波长范围为190-1700 nm波段的石英、浮法玻璃等透明衬底的背面反射光. 之后, 通过拟合椭偏参数ψ和垂直入射时的透过率T₀ 分别得到以上衬底的折射率和消光系数. 拟合得到的结果与文献报道的趋势一致. 最后, 采用椭偏参数和透过率同时拟合的方法(SE+T法)得到类金刚石薄膜(沉积在石英玻璃上)和非晶硅薄膜(沉积在载玻片、盖玻片上)光学常数和厚度的准确解.     

多功能椭偏测厚仪

研究成功一台变入射角反射式消光法多功能智能椭偏测厚仪。实验表明 :仪器的测厚准确度为± 0 1nm ;椭偏参数Ψ和Δ的测量重复性精度分别为± 0 1°和± 0 3° ,适用于纳米级薄膜厚度和折射率的测量     

光谱型椭偏仪对各向异性液晶层的测量

探讨了利用普通光谱型椭偏仪对各向异性液晶层进行综合性测量的可行性. 并利用法国Jobin Yvon公司的UVISEL SPME(Spectroscopic Phase Modulated Ellipsometer)光谱型椭偏仪测量了光学各向异性液晶层的折射率n_o和n_e及液晶层厚d，进一步利用椭偏仪在透射方式下测量了平行排列液晶层的光延迟特性Δnd，二者取得了很好的一致性，说明利用光谱型椭偏仪可以实现对光学单轴性液晶层及其他材料的测量，测厚精度为纳米量级. 关键词： 光谱型椭偏仪 各向异性 折射率 相位延迟     

教学型椭偏仪测量各向异性单轴晶体光学参数的方法研究

椭偏仪是一种常用的现代光学测量仪器,在物理实验教学中常用于测量各向同性材料的折射率、表面薄膜厚度等光学参数。本文提出一种利用教学型椭偏仪测量各向异性单轴晶体折射率等光学参数的方法。采用多入射角的方法增加系统自由度,建立数值反演模型,获得各向异性单轴晶体光学参数,并实验测量了钒酸钇晶体的折射率等光学参数。使用教学型椭偏仪测量各向异性单轴晶体光学参数,拓展了原有教学仪器的实验范围,有助于激发学生对实验的兴趣。     

一种获得半导体薄膜光学参数的方法

实现薄膜光学参数的简便测量对于薄膜的制备和应用具有重要意义。引入适用于半导体材料的Forouhi_Bloomer模型,用其表征薄膜折射率与色散的关系。考虑到粗糙度的影响,假设薄膜厚度服从正态分布,给出了模拟退火法与迭代法相结合、由可见光光谱测定薄膜光学参数的方法。作为尝试,以硅系薄膜为例进行了计算。结果表明,获得的厚度与用椭偏仪测量的结果较为吻合。该方法适用于研究和测量半导体薄膜的光学性能和膜厚,具有很高的实用价值。     

金刚石压砧内单晶硅高压折射率的椭偏测量

针对高压对顶砧入射角度受限、样品微小的特殊测量条件，设计原位椭偏测量系统，实现450～700 nm光谱范围的小角度椭偏测量。建立光学模型，获得2～9 GPa下单晶硅的折射率，发现单晶硅的折射率随压力增加而增大。与高压拉曼光谱的对比说明椭偏法原位监测材料光学性质变化的可能性。本文研究可为高压下材料的光学常数及其原位测量提供有益补充。     

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。     

金刚石薄膜的红外椭圆偏振光谱研究

采用红外椭圆偏振光谱对微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）和热丝化学气相沉积法（H-FCVD）制备的金刚石薄膜在红外波长范围（2.5—12.5μm）的光学参数进行了测量.建立了不同的光学模型，且在模型中采用Bruggeman有效介质近似方法综合考虑了薄膜表面和界面的椭偏效应.结果表明，MPCVD金刚石膜的椭偏数据在模型引入了厚度为77.5nm的硅表面氧化层、HFCVD金刚石膜引入879nm粗糙层之后能得到很好的拟合.最后对两种模型下金刚石薄膜的折射率和消光系数进行了计算，表明MPCVD金刚石薄膜的红外 关键词： 金刚石薄膜 红外椭圆偏振光谱 光学参数 有效介质近似     

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.     

利用多个标准样品校准光谱椭圆偏振仪

光谱椭偏仪是常用的测量薄膜厚度及材料光学性质的仪器,其准确性主要由系统的校准过程确定。提出一种新的利用标准样品校准光谱椭偏仪的方法。该方法通过对多个已知厚度和已知材料特性的薄膜样品进行测量,利用测量得到的多个样品的傅里叶系数光谱与包含未知校准参数的理论光谱之间进行对比,通过最小二乘法拟合,回归求解出整个系统的未知校准参数,包括偏振器方位角,波片延迟,波片方位角和系统入射角等。将该方法的应用领域扩展到200~1000nm的宽光谱区域,并通过测量3~13nm的SiO2/Si薄膜样品,实验验证了该方法的有效性,准确性达到0.194nm。该方法相对于传统校准方法更加简单、快速。     

红外光谱椭偏仪测量硫系玻璃As_2Se_3折射率的准确性

采用自制的As_2Se_3玻璃棒,制备了具有不同厚度、背面粗糙度和表面光洁度的样品,借助红外光谱椭偏仪测试了样品折射率,通过光学模型拟合得到了其折射率参数。对比分析了厚度、背面粗糙度和表面光洁度对样品折射率的影响。结果表明:样品厚度、背面粗糙度和表面光洁度都会明显影响椭偏仪的测量精度,其中表面光洁度是关键因素。样品厚度应控制在1~3mm,同时增大样品背面粗糙度和样品表面光洁度,可显著提高椭偏仪的测试精度。     

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.