薄膜光学参数表征误差处理技术

针对光度测量数据中难以消除的系统误差对薄膜光学参数表征精度的负面影响,提出一种新型的误差处理技术。选取薄膜光谱系数对折射率和几何厚度的一阶偏导数,对大部分测量入射角满足符号相反或只有其中一个为零的条件的波段,剔除偏导数对全部测量入射角满足符号相同或同时为零条件的奇点波长附近波段,作为反演表征用的光度测量数据采集区域,以最小化光度测量系统误差引起的薄膜光学参数反演表征值相对真实值的偏差大小。通过数值模拟实验,对比研究了该技术对不同偏振光和不同测量入射角范围的适用性及实施技巧,以可复现的数值实验数据和合理的理论解释支持和验证了这种误差处理技术的可靠性。     

薄膜光学参数表征误差处理技术

针对光度测量数据中难以消除的系统误差对薄膜光学参数表征精度的负面影响,提出一种新型的误差处理技术。选取薄膜光谱系数对折射率和几何厚度的一阶偏导数,对大部分测量入射角满足符号相反或只有其中一个为零的条件的波段,剔除偏导数对全部测量入射角满足符号相同或同时为零条件的奇点波长附近波段,作为反演表征用的光度测量数据采集区域,以最小化光度测量系统误差引起的薄膜光学参数反演表征值相对真实值的偏差大小。通过数值模拟实验,对比研究了该技术对不同偏振光和不同测量入射角范围的适用性及实施技巧,以可复现的数值实验数据和合理的理论解释支持和验证了这种误差处理技术的可靠性。     

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     

SiO2和HfO2薄膜光学性能的椭偏光谱测量

结合XRD和原子力显微镜等方法,利用椭圆偏振光谱仪测试了单层SiO2薄膜（K9基片）和单层HfO2薄膜（K9基片）的椭偏参数,并用Sellmeier模型和Cauchy模型对两种薄膜进行拟合,获得了SiO2薄膜和HfO2薄膜在300-800nm波段内的色散关系。用X射线衍射仪确定薄膜结构,并用原子力显微镜观察薄膜的微观形貌,分析表明：SiO2薄膜晶相结构呈现无定型结构,HfO2薄膜的晶相结构呈现单斜相结构;薄膜光学常数的大小和薄膜的表面形貌有关;Sellmeier和Cauchy模型较好地描述了该波段内薄膜的光学性能,并得到薄膜的折射率和消光系数等光学常数随波长的变化规律。     

薄膜光学常数的椭偏测量

利用光谱型椭偏仪测量了镀在熔石英玻璃基片上的氟化镁薄膜在300～850nm波长范围内的椭偏参数.并利用Levenberg-Marquardt算法.反演出了氟化镁薄膜在该波长范围内的色散曲线.通过与纯氟化镁体材料的色散曲线比较,发现所镀的氟化镁薄膜的折射率略小于体材料的折射率.     

双层光学薄膜参数的多入射角椭偏分析方法

本文讨论了多入射角椭偏测量中光学参数的误差因子以及最佳测量条件的选取.指出,当薄膜较厚时,多入射角椭偏测量可以精确确定膜系的光学常数和几何厚度,并用二例实测结果加以证实.本文的方法也适用于分析多层光学薄膜.     

椭偏光谱测量中椭偏参数的灵敏度分析

在对椭圆偏振测量的基本原理进行了简单介绍和推导后,讨论了椭圆偏振测量中椭偏参数关于薄膜参数的灵敏度以及入射角对椭偏参数的影响,并进行了具体的仿真分析,得到如下结论：椭偏参数Delta对薄膜光学常数和薄膜厚度变化的灵敏度明显高于椭偏参数Psi。在椭偏数据处理中,椭偏参数Delta的测量精度直接影响薄膜光学常数和薄膜厚度的拟合精度。为了提高椭偏参数Delta的测量精度,可以选择入射角在膺布儒斯特角附近。所得结论对高精度椭偏测量具有指导意义。     

合金钢材料光学常数的椭偏测量及其修正

用椭偏法测量了入射光波长0.632μm、入射角50°至85°时某合金钢的光学常数。考虑材料表面的粗糙度,用Ohlidal-Lukes理论对所测光学常数值进行修正,发现椭偏参量的修正量随入射角增大而增大。结果表明,用椭偏法测量合金钢光学常数时采用较小入射角能获得更精确的样片光学常数。     

纳米厚度薄膜外差椭偏测量技术的研究

结合激光外差干涉法和透射式椭偏测量原理,研究了一种快速、高精度测量纳米厚度薄膜光学参数的方法。计算并分析了复灵敏度因子随薄膜参数和入射角度的变化规律、椭偏参数的选择及容许测量误差。两个声光调制器产生20kHz的拍频,采用简单的直接比相方法即可获得优于0.1°的相位分辨率,而且测量系统中没有使用任何波片和运动部件,抗干扰能力强且测量过程完全自动化,适用于工业现场在线连续测量。实验数据和理论分析表明,此方法可以达到亚纳米级测量精度。     

椭偏测厚仪测量结果的计算机数据处理

本详尽介绍了椭偏术测量单层透明薄膜折射率和厚度的方法，采用一种数字迭代计算方法，由测量得到的起偏角A和检偏角P直接算出所测薄膜的折射率和厚度。经过数值试验及与标准值比对，由此编制的计算程序具有准确，快速，方便的特点。     

MBE生长ZnO薄膜的结构和光学特性的研究

用等离子体源辅助分子束外延(P-MBE)方法在蓝宝石(0001)面上生长出了高质量的ZnO薄膜,并对其结构和发光特性进行了研究。在XRD中只观察到ZnO薄膜的(0002)衍射峰,其半高宽(FWHM)值为0.18°;而在共振Raman散射光谱中观测到1LO(579 cm-1 )和2LO(1 152 cm-1 )两个峰位,这些结果表明ZnO薄膜具有单一c轴取向和高质量的纤维锌矿晶体结构。在吸收光谱中观测到自由激子吸收和激子-LO声子吸收峰,这表明在ZnO薄膜中激子稳定的存在于室温,并且两峰之间能量间隔为71.2 meV,与文献上报道的ZnO纵向光学声子能量(71 meV)相符。室温下在光致发光光谱(PL)中仅观测到位于376 nm处的自由激子发光峰,而没有观测到与缺陷相关的深能级发射峰,表明ZnO薄膜具有较高的质量和低的缺陷密度。     

透射光谱法测试双面薄膜的光学参数

由于普通的化学气相沉积法制作高掺Sn的二氧化硅薄膜比较容易产生结晶,而溶胶-凝胶法制备薄膜化学组成比较容易控制,可以制作出掺Sn浓度较大的材料。文章采用了溶胶-凝胶的方法制备出了66 mol%和75 mol%两种不同浓度的掺Sn的SiO₂薄膜,用浸渍法多次提拉薄膜以增加薄膜的厚度,之后用紫外-可见分光光度计测量了薄膜的透射光谱。之前基于透射光谱的方法计算玻璃基底上薄膜的光学参数都是针对单面薄膜,该文针对浸渍法产生的双面薄膜,建立了相对应的薄膜模型,并分别用包络线法计算出了两种不同薄膜样品的光学参数。计算结果表明两种不同薄膜样品的折射率随着波长的增加而增加,薄膜的厚度都为900 nm左右。     

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.     

原子层沉积制备Ta_2O_5薄膜的光学特性研究

以乙醇钽[Ta(OC2H5)5]和水蒸气为前驱体,采用原子层沉积(ALD)方法分别在基板温度为250℃和300℃的K9和石英衬底上制备了Ta2O5光学薄膜。采用分光光度计、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等手段对薄膜的光学特性、微结构和表面形貌进行了研究。结果表明,用ALD方法制备的Ta2O5薄膜在刚沉积和350℃退火后均为无定形结构,而250℃温度下沉积的薄膜其表面粗糙度低,聚集密度很高,光学均匀性优,在中紫外到近红外均表现出很好的光学特性,可以作为高折射率材料很好地应用于光学薄膜中。     

Photoinduced Change in the Optical Constants of Thin Films

We propose and have realized experimentally a method for determining weak reversible photoinduced changes in the optical constants of high-refraction films based on the application of the envelope method to the photomodulation transmission spectrum of the film. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 72, No. 3, pp. 366–370, May–June, 2005.     

杂质银对氧化锌薄膜气敏光学特性的影响

用反应式射频磁控溅射方法制备了纯氧化锌（ＺｎＯ）薄膜和掺Ａｇ的ＺｎＯ气敏光学传感薄膜。测量了这些薄膜在ＮＯｘ气体中的透射光谱，然后由透射光谱获得了灵敏度的变化规律，发现掺Ａｇ后的ＺｎＯ薄膜对ＮＯｘ气体的灵敏度高于纯ＺｎＯ薄膜，用俄歇电子能谱（ＡＥＳ）测试了这些薄膜的组分，发现当掺Ａｇ量为５％时灵敏度最高，并结合朗缪尔（Ｌａｎｇｍｕｉｒ）型吸附平衡关系式解释了这些现象，理论和实验结果能很好的相符。     

氧气流量对脉冲激光沉积ZnO薄膜的形貌及光学性质影响

使用脉冲激光沉积(PLD)方法在石英(SiO2)和单晶Si(111)基底上制备了具有高c轴择优取向的ZnO薄膜。测试结果显示:在30～70sccm氧气流量范围内,氧气流量50sccm时制备的ZnO薄膜具有较好的结晶质量、较高的光学透过率(≥80%)、较高的氧含量(～40.71%)、较快的生长速率(～252nm/h)和较好的发光特性:450～580nm附近发射峰最弱,同时～378nm附近的紫外发光峰最强,表明薄膜材料中含有较少的氧空位等缺陷。     

溶胶-凝胶(sol-gel)法制作掺铒Al2O3薄膜及其光致发光光谱特性测量

介绍一种用溶胶-凝胶方法制作掺铒Al₂O₃薄膜的工艺.实验测量了薄膜样品的光致发光光谱特性.结果表明光致发光光谱的峰值波长为1.536 μm,半值宽度为34 nm;同时测量了光致发光光谱的峰值强度与泵浦功率、掺铒浓度及退火温度之间的关系.     

溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO薄膜的结构及光学特性

用溶胶-凝胶法制备了一系列的Mg_xZn_1-xO(0≤x≤0.3)薄膜,并用X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)研究了不同的退火温度和Mg的掺杂含量对Mg_xZn_1-xO薄膜的结构和光学性质的影响.研究表明:Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构,并且具有沿c轴的择优取向;发现了中间热处理温度为350℃的Mg_xZn_1-xO薄膜退火温度的转折点为700℃,低于这个温度时随退火温度的升高,(002)衍射峰强度增强且掺Mg的薄膜既有紫外光又有绿光发射;800℃退火时,薄膜的(002)衍射峰强度减小,出现了(100)和(101)衍射峰,且掺Mg的薄膜只有紫外发光峰.不同的掺杂浓度对于发光也有影响,低于700℃退火时,ZnO薄膜只出现紫外发光峰,掺Mg的薄膜却出现了紫外和绿光两个发光峰.