透明薄膜的干涉相干峰分离算法

白光干涉技术具有高度唯一性,广泛地被使用在三维表面形貌和台阶高度的测量。但是测量透明薄膜时,薄膜表面和基面都有光线反射与参考光线交汇,在被测表面的同一个位置不同高度两次产生干涉条纹,其干涉相干图中出现两个峰值。通过分析透明薄膜产生的干涉相干图的特点,提出了两种算法用来分离不同表面产生的干涉条纹。理论分析和试验结果表明,利用垂直扫描白光干涉法测量透明薄膜,由峰值分离算法和定位算法分别提取薄膜的上下表面,能够得到透明薄膜的高精度三维形貌和厚度信息。     

熔石英元件抛光表面的亚表面损伤研究

通过结合HF酸洗和微分干涉差显微成像对两组抛光元件的亚表面损伤进行直接观测和分析。结果显示微分干涉差显微成像相比于传统的明场成像具有更好的分辨率,可以更有效检测HF酸洗后暴露的各种浅塑性亚表面损伤。对两组抛光元件的亚表面损伤的对比分析发现熔石英元件在抛光中会产生大量的亚表面损伤,这些亚表面损伤绝大多数是浅塑性的划痕和坑,仅有少量的脆性断裂损伤,较大的抛光颗粒会产生更多更严重的亚表面损伤,并且这些亚表面损伤被表面沉积层所掩盖,表面粗糙度不能反映亚表面损伤的严重程度。     

基于MATLAB的表面三维微观形貌图像处理分析

表面形貌影响光学元件的机械性能、物理性能、成品率;在特定应用场合下,通过检测光学元件表面三维微观形貌来检测光学元件的加工质量。将工件表面置于光学显微镜焦面上观测,如观测到工件表面某处存在明显缺陷,通过光学显微镜上下数次微移动,对工件表面该处采集多幅对焦图像并进行图像处理,根据处理结果判别工件是否符合加工要求。文中提出了一种基于MATLAB6.0高级语言编写的图像处理软件,实现对数幅对焦图像进行分析处理进而拟合出表面微观形貌的三维图形。     

非平行光干涉照明显微镜三维形貌检测研究

为实现表面微观形貌快速而较简单的检测, 一种使用非平行光干涉照明的光学显微三维形貌检测方法被提出。该方法使用空间光调制器对激光光束进行衍射, 选取光强相近的2个衍射级通过显微物镜, 双光束干涉可得到周期接近图像分辨率、相位可精确调节的照明条纹, 被测样本的三维形貌可通过拍摄4帧等相位差的条纹照明图像来计算得到。该方法不需借助干涉物镜产生条纹, 不需要轴向扫描装置记录条纹变化, 相位调节精确, 成像直观。此外, 该方法所产生干涉条纹的相位随坐标线性变化, 不需对条纹周期进行修正。因为照明条纹参数调节光路独立于显微成像光路, 系统装置具有光路简洁、易于调节的优点。为验证所提出三维检测精度, 以粗糙度100 nm的粗糙度对比模块和硅片为被测样品进行了三维轮廓重建实验, 实验结果显示, 所提出方法轴向重复性测量精度为8.6 nm(2σ)。     

基于扫描白光干涉法的表面三维轮廓仪

在强调表面三维形貌测量重要性的基础上 ,介绍了利用扫描白光干涉法测量表面三维微观形貌的原理及三维轮廓仪测量系统的构成。通过给出的几个测量实例 ,反映了该三维轮廓仪的主要特点 ,适合于大范围、高精度、阶梯面的测量。最后分析了影响其测量精度的主要因素。     

相移干涉显微术测量表面微观形貌

在微分干涉相衬显微镜中加入偏振相移装置,实现了对干涉光强的调制,达到了相移的目的,构造了具有纳米级分辨率的相移干涉显微测量系统。编制了一套测试软件及多组数据处理软件,将测量系统的各组成部分用软件进行了连接。分析并解决了测量过程中的技术难题,对纳米表面微观形貌进行了高精度实时自动测量。该测量系统能够准确地重构出纳米表面微观形貌,并给出了定量测量数据。     

表面微观形貌测量及其参数评定的发展趋势

由于表面加工质量的不断提高，对微观形貌测量技术提出了更高的要求。传统触针式轮廓仪测量具有稳定、可靠、测量动态范围大等优点，但会划伤被测表面；而非接触式形貌测量技术克服了接触式测量易划伤表面的缺点，它主要包括光学散射法、各种光探针法、光学显微干涉法以及采用ＳＥＭ、ＳＴＭ、光子隧道显微镜和原子力显微镜（ＡＦＭ）来探测表面微观形貌的方法。各种测量方法均有其优点和局限性。光学测量方法由于受衍射限制，使其横向分辨率很难提高，在测量大斜率及台阶表面时，测量误差很大。而ＡＦＭ被公认为是一种理想的表面微观形貌测量方法。此外，在表面微观形貌评定方面，国际上正积极探索各种三维评定参数以取代原来的二维参数。     

基于白光干涉测试技术的改进Carré相移算法

为了减小白光相移干涉法测量物体微观形貌时产生的误差,对极值法的搜索路径进行优化后与Carré相移算法相结合,提出一种基于白光干涉测试技术的改进Carré相移算法.该算法减小了光源扰动及电荷耦合元件散粒噪声带来的影响,且对相移器的线性误差不敏感,免去了相位解包裹过程,提高了运算效率.采用单刻线样块对扫描步距进行校准实现了光源中心波长的在线修正,减小了由于光源特性及环境扰动误差带来的影响.采用不同算法对标准粗糙度样块进行三维形貌恢复以及表面粗糙度的重复性测量实验,结果表明:该算法对表面粗糙度的测量结果较传统白光干涉算法准确度提高,测量重复性优于1%.     

铜膜和铁膜污染物诱导熔石英表面损伤行为的对比研究

采用人工溅射的方式分别在熔石英基片上镀制了光学厚度相近的铜膜和铁膜污染物。研究了熔石英基底在355nm波长的激光损伤阈值。分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、膜层厚度、表面微观形貌以及激光辐照后薄膜的损伤形貌。实验结果表明：熔石英表面的金属膜状污染物均导致基片损伤阈值下降,位于前表面的污染物引起的损伤阈值下降更为严重,约为23％。两种污染物薄膜引起基底的损伤形貌、基底损伤阈值的下降幅度与薄膜的热吸收系数与微观结构有关。从热力学响应角度,结合损伤形貌对污染物诱导熔石英表面形貌的损伤机理进行了讨论。     

双离子束溅射中红外SiO2薄膜热稳定性研究

通过双离子束溅射方法在蓝宝石、硅衬底上制备了单层SiO2薄膜,分析了SiO2薄膜残余应力、表面形貌、微观结构以及光学性能(可见-近红外0.4~1.2 μm和中红外3~5 μm波段)在400 ℃~1 000 ℃温度范围内的演化规律.研究结果表明:在400 ℃附近,SiO2薄膜残余应力存在局部极小值;SiO2薄膜光学性能的演化与膜层表面质量、内部残余应力及微观结构变化密切相关;经1 000 ℃高温处理后,蓝宝石窗口表面SiO2薄膜红外透射性能仍能保持很好的稳定性,且膜层表面没有出现显著的气泡、开裂等损伤形貌.该研究结果可为恶劣环境下光学窗口头罩表面薄膜系统的设计提供指导.     

Wavelet–fractal approach to surface characterization of nanocrystalline ITO thin films

In this study, indium tin oxide (ITO) thin films were prepared by electron beam deposition method on glass substrates at room temperature (RT). Surface morphology characterization of ITO thin films, before and after annealing at 500 °C, were investigated by analyzing the surface profile of atomic force microscopy (AFM) images using wavelet transform formalism. The wavelet coefficients related to the thin film surface profiles have been calculated, and then roughness exponent (α) of the films has been estimated using the scalegram method. The results reveal that the surface profiles of the films before and after annealing process have self-affine nature.     

Study on the damage of SiO2 thin films on LiNbO3 crystal in optical parametric oscillator by XRD spectrometry

In an attempt to elucidate the damage in high transmission thin films on LiNbO3 crystal in optical parametric oscillator, the authors employed XRD spectrometry to investigate the spectrum of laser-induced damage in thin film as well as the morphology of the damage. The authors observed that the damage of thin film was characterized by the depressions/craters in the surface of the films, which were surrounded by a deposition layer with the deceasing thickness from the center of the craters. The XRD measurements indicate that the film was crystallized. The authors analyzed the causes of morphologies and the mechanism of crystallization with the aid of the model for impurity-induced damage in thin solid films. The crystallization was due to the solidification of liquid and gaseous mixtures that result from the strong absorbing to the incident laser. The crater was generated because the mixtures were ejected under the extensive pressure of the laser plasma shock wave. During the process that the mixtures deposit around the craters, the density of the mixtures will decrease and crystallization takes place. As a result, the color of the deposition layer becomes lighter from inside to outside, and the crystallization of the thin film materials was observed by XRD spectrometry.     

Damage performance of TiO2/SiO2 thin film components induced by a long-pulsed laser

In order to study the long-pulsed laser induced damage performance of optical thin films, damage experiments of TiO₂/SiO₂ films irradiated by a laser with 1 ms pulse duration and 1064 nm wavelength are performed. In the experiments, the damage threshold of the thin films is measured. The damages are observed to occur in isolated spots, which enlighten the inducement of the defects and impurities originated in the films. The threshold goes down when the laser spot size decreases. But there exists a minimum threshold, which cannot be further reduced by decreasing the laser spot size. Optical microscopy reveals a cone-shaped cavity in the film substrate. Changes of the damaged sizes in film components with laser fluence are also investigated. The results show that the damage efficiency increases with the laser fluence before the shielding effects start to act.     

非均匀基底上三维薄膜生长的模拟研究

考虑原子在基底表面的扩散、沿岛周界的扩散和不同层间的扩散以及非均匀基底上表面吸附能分布的各向异性，建立起非均匀基底表面上原子扩散和三维薄膜生长的动力学蒙特卡罗模型.模拟得到在不同生长条件下出现的层状生长、岛状生长和混合生长三种生长模式和相应的多层薄膜生长形貌图.通过统计三维薄膜中原子在各层的分布，计算薄膜的表面粗糙度，得到薄膜生长模式与生长条件之间的关系. 关键词： 薄膜生长 非均匀基底 动力学蒙特卡罗模拟     

In_2O_3:Sn中间层改善B掺杂ZnO薄膜的性能及其应用研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长的掺硼氧化锌(BZO)薄膜,具有天然的"类金字塔"绒面结构,作为硅基薄膜太阳电池的前电极具有良好的陷光效果.但直接获得的BZO薄膜表面形貌过于尖锐,影响后续硅基薄膜材料生长质量及太阳电池的光电转换效率.本文设计了以一层超薄In2O3:Sn(ITO)薄膜(～4 nm厚度)作为中间层的多层膜,并通过对顶层BZO薄膜的厚度调制,改善BZO薄膜的表面特性,薄膜结构为:glass/底层BZO/ITO/顶层BZO.合适厚度的顶层BZO薄膜有助于获得类似"菜花状"形貌特征,尖锐的表面趋于"柔和",而较厚的顶层BZO薄膜仍然保持"类金字塔状"结构."柔和"的BZO薄膜表面结构有助于提高后续生长薄膜电池的结晶质量.将获得的新型"三明治"结构多层膜应用于p-i-n型氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池,相比传统的BZO薄膜,电池的量子效率QE在500—800 nm波长范围提高了～10%,并且电池的Jsc和Voc均有所提高.     

溶胶-凝胶-蒸镀法制备高性能FTO薄膜

以SnCl_4·5H_2O为锡源,SnF_2为氟源,采用溶胶-凝胶-蒸镀法制备F掺杂的SnO_2透明导电氧化物薄膜(FTO薄膜).通过正交实验研究确定最佳反应温度、反应时间和蒸镀温度等制备条件.主要研究元素F的掺杂和膜的结构对FTO薄膜性能的影响,并采用傅里叶变换红外光谱仪、热重-差热分析、X射线衍射、高分辨透射电子显微镜和扫描电子显微镜等进行样品的性能表征.研究结果表明,当反应温度50?C、反应时间5 h、烧结(蒸镀)温度600?C、镀膜次数1次、而F/Sn=14 mol%时,FTO薄膜性能指数ΦTC最大,综合光电性能最优,表面电阻为14.7?·cm-1,平均透光率为74.4%.FTO薄膜内颗粒的平均粒径为20 nm,呈四方金红石型结构,F的掺入替代了部分的O,形成了SnO_(2-x)F_x晶体结构.F的掺杂量是影响FTO薄膜的主要因素,F过多或过少均不利于SnO_(2-x)F_x晶体的生长;FTO薄膜的结构、颗粒形状、大小等三维信息也是影响薄膜性能的因素,主要表现为分形维数越小,薄膜表面越平整,势垒越低,导电性能越好.     

退火处理对磁控溅射制备LaCoO_3薄膜性能的影响

采用磁控溅射法在硅衬底上制备了LaCoO_3(LCO)薄膜,研究了退火温度对LCO薄膜组织结构、表面形貌及热电特性的影响,并利用X射线衍射仪、原子力显微镜(AFM)、激光导热仪等对LCO薄膜的晶体结构、表面形貌、热扩散系数等进行测量与表征.结果表明:退火温度对LCO薄膜的结晶度、晶粒尺寸和薄膜表面形貌都有较大影响;退火前后LCO薄膜的热扩散系数都随温度的升高而减小,且变化速率逐渐减缓; LCO薄膜的热扩散系数随退化温度的升高先增大后减小.LCO薄膜经过700℃退火后得到最佳的综合性能,其薄膜表面致密、平整,结晶质量最好,热扩散系数最小,热电性能最好.     

Temperature- and coverage-dependent evolution of the Au/Pd(1 1 0) surface structure

The morphology and the atomic scale structure of thin gold films (up to 2.5 ML) on Pd(1 1 0) were studied by means of scanning tunneling microscopy and surface X-ray diffraction. At room temperature the films exhibit a multilayer growth mode accompanied by the formation of highly anisotropic islands. Annealing above 500 K significantly increases the smoothness of the gold films, which are in registry with the substrate. Above a critical threshold of two monolayers a (1 × 2) missing-row reconstructed film is found. This reconstructed surface is well ordered after annealing at temperatures above 580 K. The specific gold film morphology is envisaged as a way to relax the strain caused by the mismatch between gold and palladium.     

Fe/Al混合膜的PLD法制备及表面分析

 采用脉冲激光气相沉积（PLD）技术制备了Fe/Al混合膜,测量了该混合膜的光电子能谱（XPS）,并采用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）对Fe/Al混合膜作了表面分析。结果表明：Fe/Al混合膜的表面粗糙度对衬底温度有明显的依赖性, 随着衬底温度的升高,薄膜的表面逐渐变得平滑,膜层变得致密,在200 ℃衬底温度下制得了均方根（rms）粗糙度为0.154 nm、具有原子尺度光滑性的Fe/Al混合膜, 膜中Fe和Al分布比较均匀,其成分比约为1∶3,同时XPS分析也表明Fe/Al混合膜暴露在空气中后表面形成了Al₂O₃和FeO氧化层。     

Fe/Al混合膜的PLD法制备及表面分析

采用脉冲激光气相沉积（PLD）技术制备了Fe/Al混合膜,测量了该混合膜的光电子能谱（XPS）,并采用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）对Fe/Al混合膜作了表面分析。结果表明：Fe/Al混合膜的表面粗糙度对衬底温度有明显的依赖性, 随着衬底温度的升高,薄膜的表面逐渐变得平滑,膜层变得致密,在200 ℃衬底温度下制得了均方根（rms）粗糙度为0.154 nm、具有原子尺度光滑性的Fe/Al混合膜, 膜中Fe和Al分布比较均匀,其成分比约为1∶3,同时XPS分析也表明Fe/Al混合膜暴露在空气中后表面形成了Al2O3和FeO氧化层。