反射分光膜厚測(cè)量原理分析

發(fā)布日期：2022-08-18      瀏覽次數(shù)：3414

反射分光膜厚測(cè)量原理分析

什么是反射光譜？

讓我們考慮當(dāng)光與基板上的薄膜樣品垂直時(shí)的反射光。

在這種情況下，光在薄膜的上方和下方都被反射。反射的光量是這兩種反射的總和。由于光的波動(dòng)性，來(lái)自這兩個(gè)界面的反射根據(jù)它們的相位關(guān)系增加或減少亮度。

相互相位關(guān)系由兩次反射的光路、膜厚、光學(xué)常數(shù)和光的波長(zhǎng)決定。當(dāng)光路是波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，反射同相并相長(zhǎng)相加。這種現(xiàn)象發(fā)生在當(dāng)光以直角入射到透明薄膜上時(shí)，2nd = iλ（其中d為薄膜厚度，i為整數(shù)，因子2表示光穿過(guò)薄膜兩次）時(shí)發(fā)生。相反，當(dāng)相位從相位匹配的狀態(tài)偏移1/2波長(zhǎng)時(shí)，即當(dāng)2nd = (i+1/2)λ時(shí)，反射的相位偏移并在抵消方向上減去互出。。

這些反射可以用下面的單個(gè)方程表示。由此可以看出，薄膜的反射率如下所示以 1/λ 周期性變化。換句話說(shuō)，當(dāng)觀察某個(gè)波長(zhǎng)范圍時(shí)，薄膜越厚，反射循環(huán)的次數(shù)就越多。

 



 

 

從反射光譜中看到的薄膜特性

實(shí)際的反射光譜被認(rèn)為是由來(lái)自薄膜表面的反射光與透過(guò)薄膜并在與基板的界面處反射的光之間的干涉引起的。

 

將光視為一種波，波的相位根據(jù)穿過(guò)薄膜的光的長(zhǎng)度和薄膜材料的折射率（密度）而變化。由于每個(gè)波長(zhǎng)的光的相移不同，因此干涉光相對(duì)于光譜波長(zhǎng)不斷變強(qiáng)和變?nèi)酢Ｒ虼?，以橫軸為波長(zhǎng)的反射率呈波浪狀。

 

一般來(lái)說(shuō)，折射率（或吸收系數(shù)）越大，反射越高，薄膜與基板的折射率差越大，波幅越大。

 

薄膜越厚，相對(duì)于光譜波長(zhǎng)的波數(shù)越大（頻率越高）。



 

樣品的折射率越高，反射率越高。



 

薄膜和基材的折射率越高，波幅越高。



通過(guò)光譜獲得的反射光譜包含有關(guān)薄膜厚度和光學(xué)常數(shù)的信息。如何從中提取膜厚和光學(xué)常數(shù)值？

 

膜厚可以從某一光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波數(shù)粗略估算。在可見(jiàn)光區(qū)，一個(gè)波谷或波峰估計(jì)在0.1微米左右，一個(gè)峰谷幅度（一個(gè)波長(zhǎng)）在0.2微米左右，這是一幅圖像。

 

換句話說(shuō)，近似的薄膜厚度 被認(rèn)為是
峰（或谷）x 0.2微米的數(shù)量。
這只是一個(gè)指導(dǎo)方針。在實(shí)踐中，膜厚由程序在考慮膜的折射率和基板的參數(shù)的情況下確定。

 



一谷，約0.1微米



6 個(gè)峰 x 0.2，因此大約 10-12 微米



50 個(gè)或更多峰 x 0.2，因此 100 微米或更多

至于光學(xué)常數(shù)，反射峰和谷的幅度可以認(rèn)為是基板的反射（折射率）與薄膜的反射（折射率）之差。基板與薄膜的折射率差越小，振幅越小，折射率差越大，振幅越大。因此，如果已知基板的折射率，則可以獲得薄膜的折射率。