热蒸发紫外LaF3薄膜光学常数的表征

薄膜光学常数的精确测定对于设计和制备多层薄膜具有重要意义。在JGS1型熔融石英基底上,采用热蒸发沉积方法制备了不同厚度的LaF3单层薄膜样品,利用光度法来获取弱吸收薄膜和基底的光学常数,计算得到其在185～450nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。实验结果表明,当膜层厚度较薄时,LaF3薄膜折射率表现出不均匀性现象。随着薄膜厚度的增加,薄膜折射率不均匀性减小。在求解过程中选用不均匀模型后,拟合结果与实际测试光谱曲线吻合得很好,提高了薄膜光学常数的计算精度。     

基于透射光谱的类金刚石膜光学参数反演

本文采用透射光谱法测量Ge基底类金刚石薄膜（Diamond-like carbon,DLC）的光谱曲线。应用测量的光谱曲线,基于模拟退火算法,构建目标优化函数,通过光谱反演法得到薄膜的厚度、折射率、消光系数。该方法得到的Ge基底类金刚石膜的光学参数与椭偏仪测试结果比对,折射率误差小于1%,厚度误差小于2%。并且将薄膜的光学参数带入透过率理论计算模型,得到的Ge基底类金刚石薄膜透射光谱曲线和实际测试曲线的误差小于2%。该方法只需测量透射光谱曲线,通过计算就能得到薄膜光学参数,对光学薄膜设计和加工具有重要指导意义。     

唯一性检测在椭圆偏振光谱薄膜拟合中的应用

利用椭圆偏振光谱进行薄膜样品的测量数据分析拟合时,薄膜厚度与介电常数具有很强的关联性。不同色散模型的选取也会对拟合结果产生明显的影响,引起较大误差。介绍了唯一性检测在椭偏拟合中的实现方法。并以二氧化钛样品为例,利用唯一性检测对比了不同色散模型、不同厚度、不同测量波段、不同入射角度时的唯一性检测结果。结果表明,唯一性检测能够有效标定出椭偏测量和拟合过程中所产生的误差,同时能够对不同色散模型进行量化对比,提升拟合精度。     

唯一性检测在椭圆偏振光谱薄膜拟合中的应用（英文）

利用椭圆偏振光谱进行薄膜样品的测量数据分析拟合时,薄膜厚度与介电常数通常具有一定的关联性.不同色散模型的选取也会对拟合结果产生明显的影响,引起较大误差.介绍了唯一性检测在椭偏拟合中的实现方法.并以二氧化钛样品为例,利用唯一性检测对比了不同色散模型、不同厚度、不同测量波段、不同入射角度时的唯一性检测结果.结果表明,唯一性检测能够有效标定出椭偏测量和拟合过程中所产生的误差,同时能够对不同色散模型进行量化对比,提升拟合精度.     

基于柱面透镜Otto结构SPR效应的金属薄膜厚度测量方法

基于柱面透镜修正Otto结构产生的表面等离子体共振(SPR)效应,提出一种测量金属薄膜厚度的方法。该方法无需用s偏振光提取背景光强,可直接利用在p偏振光入射条件下得到的单幅SPR吸收图像拟合背景光强,进而得到竖直方向上的归一化反射率曲线。从而建立光学薄膜模型并拟合了反射率曲线,反演出待测金属薄膜的厚度参数。实验对一个纳米级厚度的Au膜样品进行测量,测量结果表明,Au膜的平均厚度与商用光谱椭偏仪的测量结果之差为0.1 nm,验证了该方法的有效性。     

YbF3和ZnS薄膜的折射率和厚度的分光光度法测定

本文给出了一种简单而准确地确定光学薄膜折射率和厚度的方法。利用分光光度计分别测量光学薄膜样品以及基底透射率曲线，采用柯西（Cauchy）色散模型以及非线性单纯形优化法对透射率测量曲线进行拟合，从而确定薄膜的光学常数和厚度。采用电子束热蒸发和电阻热蒸发方法，分别在CaF2基底上镀制ZnS薄膜和在Al2O3基底上镀制YbF3薄膜，通过测量其在400nm-2600nm波段内的透射率曲线，计算出ZnS和YbF3薄膜材料的折射率色散曲线以及膜层厚度。     

反射式椭偏测试系统的全局优化算法

首先针对可变入射角的反射法消光椭偏测试系统,讨论其计算公式和求解思路,建立 了全局目标优化函数,提出一种网格优化算法,即计算中可半智能跟踪最优解的方法。利用新算法解决了求解中的多峰问题,从而可以高精度计算薄膜的折射率与厚度。开发了相关软件,处理进口椭偏仪测量的消光参数,获得了大入射角条件下SiO2 薄膜的折射率和厚度,并与其它方法的计算结果进行对比分析,发现此方法计算结果可以达到更高的精度,有利于指导微米到纳米级复杂结构和成分的薄膜光波导的性能分析。最后通过对较小入射角实测数据的分析,指出了传统理论模型在光斑干涉效应及衍射效应方面的不足。     

Si基Sr1.8Ca0.2NaNb5O15薄膜的合成及光学特性研究

利用溶胶-凝胶法,在Si(001)单晶衬底上逐层生长四方钨青铜结构的Sr1.8Ca0.2NaNb5O15(SCNN)薄膜。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等技术研究了薄膜的微结构,结果表明,SCNN薄膜在厚度较小的状态下可呈现出明显的(001)择优取向,而随着厚度的增加择优取向受到抑制,颗粒尺寸增大,薄膜的多晶态的趋势增强。然后通过测量薄膜在400~780nm光谱范围内的反射率曲线,采用Sellmeier色散公式分析折射率非均匀性的影响,通过改进的单纯形法计算拟合出SCNN薄膜的折射率和厚度,其中厚度的结果利用SEM加以验证,而折射率的变化则与薄膜结晶态的变化保持一致。     

MEH-PPV和PFO发光薄膜的光学常数和厚度测定

采用单反射率曲线拟合的方法,测定了聚合物电致发光器件(PLEDs)巾常用的发光聚合物poly[2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene](MEH-PPV)和poly(9,9-dioctylfluoreny-2,7-diyl)(PFO)的光学常数和薄膜厚度.基于Forouhi-Bloomer(FB)色散模型,拟合得到了两种聚合物在可见波段的光学常数以及薄膜厚度.折射率和光学带隙的拟合结果符合文献报道的数值,各薄膜物理厚度的拟合值同样符合台阶仪的测量值,两者偏差小于4%.最后,对反射率测量过程中薄膜表面散射引起的损失对拟合结果的影响进行了讨论.     

激光椭偏仪多角入射法测定磁性石榴石薄膜的厚度和折射率

本文叙述了椭偏仪在测量磁性单晶薄膜的光学常数和厚度中的应用。采用“多角入射法”,在波长6328(?),直接判别膜厚周期 D(?)的正整数倍 m(?),从而计算出2(?)>360°时外延膜的真空厚度.在入射角为75.0°时,我们测量了上述薄膜的厚度和折射率的重复误差。     

波长检测型表面等离子体共振传感器的实验研究

介绍了表面等离子体共振(SPR)传感器的工作原理,设计了一套基于波长检测型Kretschmann结构的SPR传感测试系统。通过固定入射光角度,以波长为变量,测定了10种不同浓度的乙醇水溶液折射率与共振波长之间的对应关系。实验结果表明,共振波长随着样品折射率的增大而逐渐向长波长方向偏移,且两者之间呈现良好的线性关系。通过对共振光谱的分析,实现对未知溶液折射率或者浓度的测定。整个传感器系统具有结构紧凑、操作简单、实时检测和测量准确等优点。     

强吸收衬底上薄膜厚度和折射率的测量新方法

提出了一种同时测量强吸收衬底上薄膜厚度和折射率的方法。对生长于强吸收衬底上的透明薄膜,提出在该薄膜上镀一层薄金属,形成金属-薄膜-强吸收衬底的类波导结构。由于小角度入射光在强吸收衬底上具有较强的反射率,使该结构可容纳一系列共振模。利用自由空间耦合技术和导出的共振模模式本征方程,同时确定透明薄膜的厚度和折射率。实验中测量了硅衬底上制备的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的折射率和厚度,测量的相对误差均小于10-3。该方法具有简便、可靠、可测量任意折射率薄膜的优点。     

反射式相位延迟器的性能研究

多层介质反射镜在非正入射的时候,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。通过优化设计,入射角为45°,在1285～1345nm之间p,s波获得了270°±0.15°的相移和99.5%以上的反射率。对使用的膜系进行了每层光学厚度的误差分析。用离子束溅射技术制备相位延迟膜,在大气中对样品进行不同温度的退火,用分光光度计测试了光谱特性和用椭偏仪测试了相位特性。结果表明,未退火的样品在相应波段获得了267.5°±0.5°的相移和99.6%以上的反射率;根据拟合分析,最外层的误差和折射率与设计值的偏差是发生相移偏小的主要因素;随着退火温度的升高、折射率变小和物理厚度变大,相移将变小。     

高效红外反射偏振器的研究

文中给出了在低折射率透明基底上涂镀高折射率透明薄膜构成高效、Ｐ分量抑制的红外反射偏振器的实例。对于未被抑制的Ｓ偏振分量的反射率可达ＲＳ≥９５％,因此可以与金属基底的薄膜反射偏振器相比,并且避免了对升温的强迫制冷要求。同时研究了薄膜厚度、入射角及波长的微小变化（或误差）对于该偏振器消光率的影响。     

倾斜角沉积技术制备ZnS双折射雕塑薄膜

使用倾斜角沉积(GLAD)的电子束蒸发技术,制备了倾斜角度在60°~85°之间的ZnS双折射雕塑薄膜(STF)。使用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)检测了ZnS薄膜的结晶状态和断面形貌,使用Lamda-900分光光度计测量了薄膜在不同的偏振光入射时的透过率。研究发现,室温下倾斜沉积ZnS薄膜断面为倾斜柱状结构,且薄膜的结晶程度不高。在相同的监控厚度时,随倾斜角度增大,沉积到基片上的薄膜厚度逐渐变小,但仍然大于余弦曲线显示的理论厚度。根据偏振光垂直入射时薄膜的透过光谱计算了不同角度沉积的薄膜的折射率和双折射。结果显示当倾斜角度为75°时,薄膜的双折射效应最显著,此时Δn=0.044。     

In-situ spectroscopic reflectometry for polycrystalline silicon thin film etch rate determination during reactive ion etchinc

Accurate film thickness monitors are important for the development of real-time feedback control of dry etch processes and are very useful for run-to-run process control and process diagnostics. Technologically important films such as polycrystalline Si, which can have process-dependent refractive indices and/or surface roughness, pose significant challenges for low-cost, high-speed film thickness measurement systems. We have used spectroscopic reflectometry (SR) to make accuratein-situ, high-speed film thickness measurements during plasma etching of polycrystalline Si. The SR system determines the film thickness using a least squares regression algorithm that fits the theoretical reflectance to the experimental reflectance vs wavelength data. We have included physically based models for the variation of the polycrystalline Si bulk refractive indices and surface roughness in the fitting procedure. The parameters of the refractive index models are adjusted at the beginning of each run to account for wafer-to-wafer variationswithout the use of additional ex-situ measurements. We have usedex-situ spectroscopic ellipsometry to validate the models used and to check the accuracy of our SR measurements. Currently, our SR system can acquire data in 40 ms and the software can calculate the polycrystalline Si thickness in less than 55 ms per measurement, so that a new film thickness and etch rate estimate can be obtained in less than 100 ms. The methods used for analysis of polycrystalline Si are also directly useful for improving the accuracy of microscope-based spectral reflection measurement systems commonly used for in-line measurements. Using similar optical modeling concepts, the SR technique can also be used to accurately measure film thicknesses and etch rates of other thin films with process-dependent optical constants, such as deposited dielectrics and compound semiconductors.     

使用椭偏光谱研究氮化铝薄膜在不同温度下的光学性质

通过椭偏仪对生长在蓝宝石上的不同厚度氮化铝薄膜的变温光学性质进行了研究, 并采用托克-洛伦兹模型对椭偏实验数据进行了拟合分析, 精确得到了氮化铝薄膜的厚度和光学常数(折射率n, 消光系数k)等.研究的结果表明: 相比薄的氮化铝薄膜, 厚的氮化铝薄膜的折射率较大.随着温度的升高, 氮化铝的折射率、消光系数和带隙会向低能端单调地移动(红移);厚度对带隙随温度改变的影响较小, 对折射率则有一定的影响.     

干涉椭偏测量系统中分光镜引入的非线性误差

研究了一种采用声光调制器实现的透射式外差干涉椭偏(IE)测量系统。实验测量了单层透明ITO膜, 膜厚和折射率测量误差分别达到4 nm和6％。除了激光源和偏振器件之外, 分光镜也是重要的非线性误差源。研究了分光镜(BSs)退偏效应和方位角对椭偏测量误差的影响。采用琼斯矢量法推导出误差理论模型, 并数值计算了误差随分光镜光学参数和方位角的变化规律。计算结果表明, 由此引入的膜厚测量误差可达数纳米量级, 且与方位角误差近似成线性关系。退偏效应和方位角误差引入的非线性测量误差是互相关的, 不能通过移出被测样品的标定过程来完全消除。为了达到亚纳米级测量精度, 需要控制分光镜方位角误差在0.01°以内。根据分光镜退偏参数与非线性误差的关系, 可以设计或选择合适的分光镜。     

原子层沉积超薄氮化铝薄膜的椭圆偏振光谱法表征

采用原子层沉积(ALD)工艺在硅衬底上生长了35 nm以下不同厚度的超薄氮化铝(AlN)晶态薄膜。利用椭圆偏振光谱法在波长275~900 nm内测量并拟合薄膜的厚度及折射率和消光系数等光学参数。利用原子力显微镜(AFM)表征AlN晶粒尺寸随生长循环次数的变化,计算得到薄膜表面粗糙度并用于辅助椭偏模型拟合。针对ALD工艺特点建立合适的椭偏模型,可获得AlN超薄膜的生长速率为0.0535 nm/cycle,AlN超薄膜的折射率随着生长循环次数的增加而增大,并逐渐趋于稳定,薄膜厚度为6.88 nm时,其折射率为1.6535,薄膜厚度为33.01 nm时,其折射率为1.8731。该模型为超薄介质薄膜提供了稳定、可靠的椭圆偏振光谱法表征。