薄膜材料,尤其是金屬薄膜,具有多種多樣的性能,包括電磁學(xué)性能、光學(xué)性能、氣敏特性、力學(xué)性能、超導(dǎo)性能等,因此在軍事、石化、重工業(yè)、輕工業(yè)等領(lǐng)域中被廣泛地應(yīng)用。納米薄膜是由納米量級的晶粒組成的單層或多層薄膜,其特性不僅受材料屬性影響,很大程度上還受其表面結(jié)構(gòu)和厚度的影響。因此,為了能夠深入探究薄膜材料的各種特性,精確地測量薄膜的厚度是至關(guān)重要的。本文旨在改進(jìn)相位測量方法的設(shè)計,提高納米級雙層金屬層膜厚的分辨力。論文分析了幾種常用金屬薄膜厚度檢測方法的特點(diǎn),表面等離子共振(SPR)效應(yīng)檢測銀、金雙層金屬薄膜厚度參數(shù)的方法。論文以實驗室的SPR理論基礎(chǔ)和相位檢測法前期成果為出發(fā)點(diǎn),開展差分式相位SPR檢測方法的研究,即激光以共振角入射至SPR耦合棱鏡,激發(fā)雙層膜表面等離子體效應(yīng),激發(fā)SPR效應(yīng)后的光束經(jīng)過干涉結(jié)構(gòu),使得相位信息變化量在干涉條紋的偏移量中得以體現(xiàn),通過角度差分式相位測量的方法改善SPR相位檢測的分辨力和靈敏度,對干涉條紋進(jìn)行相關(guān)演算,計算出雙層膜的厚度。論文對SPR差分相位法及相關(guān)的幾種模式進(jìn)行了模擬仿真;通過仿真結(jié)果分析,根據(jù)設(shè)計要求,最終確定了差分式相位SPR檢測系統(tǒng)的方案;圍繞此設(shè)計方案,搭建了差分式相位SPR檢測系統(tǒng)的光路并進(jìn)行了實驗研究,完成產(chǎn)生的相位干涉條紋的圖像處理,通過擬合的差分相位變化量與入射角的關(guān)系曲線計算其斜率,得到銀、金雙層膜的膜層厚度;最后分析出可能影響實驗測量效果的誤差因素。仿真結(jié)果和實驗結(jié)果表明,差分式相位SPR檢測法測量銀、金雙層納米級薄膜厚度的方案是可實現(xiàn)的,而且設(shè)計方案及結(jié)果對比表明,差分式測量方法可以達(dá)到本文的研究目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TB383.2;TH74
【部分圖文】：

圖 1-1 R.B.S 實驗裝置然深度分辨率不高，但是原理簡單、不依賴樣損傷薄膜、而且能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行定量分析，比和表面層的分析。 世紀(jì) 30 年代發(fā)展起來的，主要用來進(jìn)行材料結(jié)、波紋度、粗糙度、溝槽深度、薄膜應(yīng)力、三領(lǐng)域廣泛，包括光學(xué)、生命科學(xué)、MEMS、材量銀、金雙層膜膜厚時，在基底上先鍍一層金形成兩個臺階。通過臺階儀探針的移動，分別雙層膜的厚度參數(shù)。其測量原理圖如下圖 1-2機(jī)控制探針在待測雙層膜表面移動，當(dāng)遇到臺針隨著膜層表面的高度變化發(fā)生上下移動，其

薄膜厚度的檢測和表面層的分析。.2.2 臺階儀法臺階儀是 20 世紀(jì) 30 年代發(fā)展起來的，主要用來進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)和表面的解，包括薄膜厚度、波紋度、粗糙度、溝槽深度、薄膜應(yīng)力、三維形貌和翹曲等。臺階儀應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括光學(xué)、生命科學(xué)、MEMS、材料科學(xué)、半導(dǎo)、太陽能等。測量銀、金雙層膜膜厚時，在基底上先鍍一層金膜，再鍍一層積較小的銀膜，形成兩個臺階。通過臺階儀探針的移動，分別測出兩個臺階高度，最終得到雙層膜的厚度參數(shù)。其測量原理圖如下圖 1-2 所示。以基底為參考面，計算機(jī)控制探針在待測雙層膜表面移動，當(dāng)遇到臺階或者薄膜表厚度變化時，探針隨著膜層表面的高度變化發(fā)生上下移動，其位移信號經(jīng)過位移傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，信號經(jīng)過放大、解調(diào)和濾波，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后傳輸給計算機(jī)，計算機(jī)擬合出厚度曲線，將層厚度值實時顯示。

細(xì)窄裂縫小于探針的直徑時，臺階儀無法記錄；探針硬度，容易損壞薄膜；而且在測量雙層膜厚時，臺階膜難度，很難實現(xiàn)。儀法原理為：偏振光束反射或投射薄膜上時，會出現(xiàn)一定檢測薄膜厚度[18-19]。廣泛應(yīng)用于介電薄膜、玻璃(或膜等膜的厚度測量。[5]等人利用橢圓偏振儀來測量薄膜的厚度和折射率，的光路圖。該系統(tǒng)利用 He-Ne 激光器射出單色光，在作用下，最終以橢圓偏振光的形式照射在薄膜樣品上，利用檢偏器測量其反射光的偏振狀態(tài)（幅度和相位
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2865401