在纳米量级薄膜的各项相关参数中,薄膜材料的厚度是薄膜设计和制备过程中的重要参数,是决定薄膜性质和性能的基本参量之一,它对于薄膜的力学、光学和电磁性能等都有重要的影响[3]。但是由于纳米量级薄膜的极小尺寸及其突出的表面效应,使得对其厚度的准确测量变得困难。经过众多科研技术人员的探索和研究,新的薄膜厚度测量理论和测量技术不断涌现,测量方法实现了从手动到自动,有损到无损测量。由于待测薄膜材料的性质不同,其适用的厚度测量方案也不尽相同。对于厚度在纳米量级的薄膜,利用光学原理的测量技术应用。相比于其他方法,光学测量方法因为具有精度高,速度快,无损测量等优势而成为主要的检测手段。其中具有代表性的测量方法有干涉法,光谱法,椭圆偏振法,棱镜耦合法等。操作需要一定的专业素养和经验,需要进行充分的培训和实践。测薄膜厚度的仪器 膜厚仪
光具有相互叠加的特性,发生干涉的两束光在一些地方振动加强,而在另一些地方振动减弱,并产生规则的明暗交替变化。干涉测量需要满足三个相干条件:频率一致、振动方向一致、相位差稳定一致。与激光光源相比,白光光源的相干长度较短,通常在几微米到几十微米内。白光干涉的条纹有一个固定的位置,对应于光程差为零的平衡位置,并在该位置白光输出光强度具有最大值。通过探测光强最大值,可以实现样品表面位移的精密测量。白光垂直扫描干涉、白光反射光谱等技术,具有抗干扰能力强、稳定性好、动态范围大、结构简单、成本低廉等优点,并广泛应用于薄膜三维形貌测量和薄膜厚度精密测量等领域。高速膜厚仪的用途和特点操作需要一定的专业技能和经验,需要进行充分的培训和实践。
干涉测量法是基于光的干涉原理实现对薄膜厚度测量的光学方法,是一种高精度的测量技术。采用光学干涉原理的测量系统一般具有结构简单,成本低廉,稳定性好,抗干扰能力强,使用范围广等优点。对于大多数的干涉测量任务,都是通过薄膜表面和基底表面之间产生的干涉条纹的形状和分布规律,来研究干涉装置中待测物理量引入的光程差或者是位相差的变化,从而达到测量目的。光学干涉测量方法的测量精度可达到甚至优于纳米量级,而利用外差干涉进行测量,其精度甚至可以达到10-3nm量级。根据所使用光源的不同,干涉测量方法又可以分为激光干涉测量和白光干涉测量两大类。激光干涉测量的分辨率更高,但是不能实现对静态信号的测量,只能测量输出信号的变化量或者是连续信号的变化,即只能实现相对测量。而白光干涉是通过对干涉信号中心条纹的有效识别来实现对物理量的测量,是一种测量方式,在薄膜厚度的测量中得到了广泛的应用。
针对微米级工业薄膜厚度测量,开发了一种基于宽光谱干涉的反射式法测量方法,并研制了适用于工业应用的小型薄膜厚度测量系统,考虑了成本、稳定性、体积等因素要求。该系统结合了薄膜干涉和光谱共聚焦原理,采用波长分辨下的薄膜反射干涉光谱模型,利用经典模态分解和非均匀傅里叶变换的思想,提出了一种基于相位功率谱分析的膜厚解算算法。该算法能够有效利用全光谱数据准确提取相位变化,抗干扰能力强,能够排除环境噪声等假频干扰。经过对PVC标准厚度片、PCB板芯片膜层及锗基SiO2膜层的测量实验验证,结果表明该测厚系统具有1~75微米厚度的测量量程和微米级的测量不确定度,而且无需对焦,可以在10ms内完成单次测量,满足工业级测量需要的高效便捷的应用要求。它可测量大气压下1纳米到1毫米范围内的薄膜厚度。
由于不同性质和形态的薄膜对系统的测量量程和精度的需求不相同,因而多种测量方法各有优缺,难以一概而论。将各测量特点总结所示,按照薄膜厚度的增加,适用的测量方式分别为椭圆偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。对于小于1μm的较薄薄膜,白光干涉轮廓仪的测量精度较低,分光光度法和椭圆偏振法较适合。而对于小于200nm的薄膜,由于透过率曲线缺少峰谷值,椭圆偏振法结果更加可靠。基于白光干涉原理的光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或者半透明薄膜,通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样,得到待测薄膜厚度。本章在详细研究白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性的基础上,分析得到了常用的基于两个相邻干涉峰的白光干涉解调方案不适用于极短光程差测量的结论。在此基础上,我们提出了基于干涉光谱单峰值波长移动的白光干涉测量解调技术。可配合不同的软件进行数据处理和分析,如建立数据库、统计数据等。光干涉膜厚仪厂家现货
总的来说,白光干涉膜厚仪是一种应用很广的测量薄膜厚度的仪器。测薄膜厚度的仪器 膜厚仪
极值法求解过程计算简单,快速,同时确定薄膜的多个光学常数及解决多值性问题,测试范围广,但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素,以至于精度不够高。此外,由于受曲线拟合精度的限制,该方法对膜厚的测量范围有要求,通常用这种方法测量的薄膜厚度应大于200nm且小于10μm,以确保光谱信号中的干涉波峰数恰当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限,并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值,引入适合的色散模型,再根据麦克斯韦方程组的推导。这样求得的值自然和实际的透过率和反射率(通过光学系统直接测量的薄膜透射率或反射率)有所不同,建立评价函数,当计算的透过率/反射率与实际值之间的偏差小时,我们就可以认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。测薄膜厚度的仪器 膜厚仪