紧凑型光谱薄膜测厚仪的研制

为了开发一种用于测量各向同性均匀薄膜介质厚度的紧凑型薄膜测厚仪,采用了共光路垂直入射设计,利用薄膜干涉原理,通过非线性优化算法对反射光谱进行了拟合,反演计算出了薄膜样品的厚度。采用该仪器测量部分SiO2/Si薄膜样件,测量结果与商业椭偏仪测量结果之间的相对偏差小于0.5%,而单次测量时间仅为70ms。结果表明,该薄膜测厚仪具有对测量距离不敏感、光路简洁、结构紧凑及重复性精度良好等优点,对实现在线实时测量功能具有积极意义。     

棱镜—薄膜耦合器的耦合间隙对薄膜参数测量误差的影响

利用等厚干涉法测量了棱镜—薄膜耦合器的耦合间隙,在不同耦合间隙下测量了薄膜波导模式的传播常数、薄膜折射率和薄膜厚度。用 Tien 和 Urich 有关棱镜—薄膜耦合器的理论分析了耦合间隙对薄膜参数测量误差的影响。     

基于LSPR的非贵金属纳米薄膜厚度的精确测量

纳米金属薄膜厚度的无损测量是薄膜设计和制备 的关键技术,对非贵金属薄膜厚度 的测量尤为困难。本文首次提出用中红外3.39 μm激光波长并设计棱 镜—匹配液—待测金属 薄膜—玻璃衬底结构来激发长程表面等离子波。计算了长程表面等离子波的衰减全反射和表 面等离子共振吸收峰的半宽度,结果表明长程表面等离子波半宽度只有表面等离波的4.7%, 可以有效提高测量的灵敏度。通过实验测量表明:衰减全反射吸收峰的最小值在10 nm厚 度范围内测量曲线显示了较好的线性,铁薄膜厚度的测量范围为10 －90 nm,测量分辨率可 达到1nm。研究发现通过改变匹配液厚度和折射率,还可以用来测量其它非贵金属薄膜厚度 ,大大拓展了该测量方法应用范围,为非贵金属薄膜厚度的测量提供了一种全新的技术检测 线路。     

基于偏振光反射多点法测量薄膜参数

依据偏振光反射原理和多角度测量的多点拟合算法,实现了对薄膜材料折射率和厚度的精确测量。将高准直半导体激光入射到薄膜样品与空气分界面上,逐步旋转样品或改变样品表面的入射角,得到待测样品的反射率随入射角变化曲线。在曲线上取不同入射角处所对应的反射率,根据计算公式求解出多组薄膜厚度和折射率。利用已测量的多组反射率与求解出的薄膜参数相应反射率拟合后可确定出薄膜参数最优解。在求出的薄膜参数附近拓展一定范围再次拟合,可求出更精确的薄膜参数。基于此方法测量了SiO2薄膜的折射率和厚度,测量折射率误差不超过0.3%,厚度误差不超过0.07%。     

基于各项异性的组合式PVDF应变传感器

在应用压电薄膜测量结构表面应变时,薄膜上的感应电压是其面内两个正交方向应变的函数。要获得结构表面某处一个方向的应变,就必须在该处粘贴和检测两片以上的压电薄膜,这对应用于随机载荷作用下的结构应变测量非常不便。利用压电薄膜材料的各向异性开发了组合式压电薄膜应变传感器,这使检测的感应电压和结构表面单一方向的应变成正比关系。根据压电方程推导了组合式压电薄膜输出电压和被测单向应变间的关系,并通过对一个带有小孔平板试件的应变分布测量试验和有限元数值分析,验证了该组合式应变传感器的可行性及具有很高的测量精度。该法操作简单,对实际工程结构应变测量具有重要的实用价值。     

实时测量聚合物薄膜的玻璃化转变温度

根据热膨胀原理,利用基于衰减全反射原理建立的CCD薄膜实时监控系统,提出了测量聚合物材料的玻璃化转变温度(Tg)的方法.用监测系统实时监测聚合物薄膜在升温过程中薄膜折射率及厚度的变化.实验结果发现薄膜的热膨胀系数β和温度相关的折射率dn/dT在升温过程中发生了突变,这个突变点所对应的温度就是聚合物薄膜的Tg.以掺杂型聚合物DR1/PMMA薄膜为例,给出了测量过程和实验结果,并检验了用该方法测量聚合物薄膜Tg的重复性和可靠性.     

用X射线能谱仪测定衬底材料上的薄膜厚度

本文利用薄膜对入射电子束流的衰减作用和薄膜对衬底的x射线的吸收,提出了一种直接利用衬底的x射线的强度比来测量薄膜厚度的方法。并在各种实验条件下,对Cu薄膜的厚度进行了测量,得到了较为满意的结果。     

Bi4-xLaxTi3O12铁电薄膜结构和光学性能研究

用化学溶液沉积法分别在Si(100)和石英玻璃衬底上成功制备了一系列Bi4-xLaxTi3O12(BLT)铁电薄膜;用X-射线衍射仪测量了不同退火温度和不同掺镧量的BLT薄膜的结晶情况,结果显示随着退火温度的升高BLT薄膜结晶越来越好,镧的掺入并不改变钛酸铋薄膜的钙钛矿结构;用椭偏光谱仪对不同退火温度的BLT薄膜进行了椭偏光谱测量,分析得到了薄膜的光学常数谱;用激光显微拉曼光谱仪对不同掺镧量的BLT薄膜进行激光拉曼谱测量,得到了BLT薄膜振动模式随掺镧量的变化.     

ITO:Mo透明导电薄膜的制备

利用通过固相烧结法得到的自制靶材,采用脉冲激光沉积法(PLD)在不同的衬底温度下沉积得到薄膜。通过XRD对它们的晶体结构进行分析,对薄膜断面进行扫描,测量其薄膜厚度。利用四探针法和霍尔效率测试仪,分别对薄膜的电阻率和载流子浓度及迁移率进行测量和分析。最后,用分光光度计对薄膜的透光率进行测量和分析,并计算了薄膜的禁带宽度。结果表明,在500℃下沉积的薄膜综合性能最好,电阻率可达2.611×10-4Ω.cm,透光率在90%以上,禁带宽度为4.29eV。     

测量聚合物落膜电光系数的一种简单方法——干涉法

报道了一种测量聚合物薄膜电光系数的简单方法。这种方法是用石英晶体的逆压电效应补偿聚合物薄膜电光效应引起的光程变化,测量聚合物薄膜电光系数相对于石英晶体压电常数d11的大小,这种方法可以用来测量所有光学薄膜的电光系数。文章介绍了采用此方法测量几种新的聚合物薄膜的电光系数。     

红外差热机理分析及沥青路面透水性红外检测仪的研发

为了能通过识别沥青路面在雨天饱水后的表面温度差异性对其透水性进行评价,首先对路表温度场与透水性的相关性进行分析,然后基于高速红外调制探头等硬件以及红外路表测温、信号转换和色谱绘制等软件系统,开发了一种该领域内首台连续测速达到100 km/h的沥青路面透水性红外差热检测仪.研究结果表明,通过用红外测温技术检测的路面温度差...     

基于阻抗检测微传感技术的皮肤渗透性评估方法

基于宏电极的单频皮肤阻抗测量是利用阻抗进行皮肤渗透性研究的传统方法之一,其存在误差大、灵敏度低且不易于设备集成的缺点。由此,该文通过分析皮肤的分层生理结构以及皮肤渗透性与角质层(SC)阻抗的关系,设计了基于柔性非对称叉指微电极的皮肤阻抗传感器,构建了RCW分层阻抗模型,实现了对人体角质层阻抗的检测分析。实验结果表明,传感器输出的阻抗模值 和 模型拟合参数可用作表征皮肤渗透性的重要指标。该方法可用于区分不同个体的皮肤渗透性,为人体生理生化检测相关的可穿戴设备参数调节提供依据。     

太赫兹平板材料介电常数测试技术

讨论了太赫兹波段平板材料的介电常数测试技术,在传统自由空间法原理的基础上,改进相位-群时延法解决了高频材料测试出现的多值性问题,利用介电常数及磁导率之间的震荡关系解决了厚度谐振问题,采用多项式曲线拟合的方式抑制校准误差,最后搭建了实物测试系统,对典型的空气层、聚四氟乙烯平板材料进行实验测量,实现了0.17～0.22 THz 频段范围内的2%误差测试精度。     

散射参数反演材料电磁参数的新方法

基于传输反射原理,介绍了一种利用散射参数求复数形式的磁导率和介电常数的计算方法。通过建立同轴线的测试模型并将一个待测的材料放入其中,测试出待测材料的散射参数,从而将它们代入算法进行求解。通过与以前的几种反算电磁参数的方法进行比较,该算法可以在较宽的频带内更加准确地得到电磁参数并消除相位误差,这种方法同样适用于测量左手介质的电磁参数。     

Nonreciprocal cell for the broadband measurement of tensorialpermeability of magnetized ferrites: direct problem

In this paper, a broad-band characterization method for measuring the complex permeability tensor components and complex scalar permittivity of magnetized ferrites is described. The technique is based on the reflection/transmission measurement of a rectangular waveguide partly filled with the ferrite that is to be characterized. The fundamental principle of the measurement consists in using the anisotropy of the material to lead to the nonreciprocity of the device in order to have the same number of measurable parameters (the S-parameters of the cell) for the characteristics we want to determine. Here, we will recall the principle of the mode-matching method used for the electromagnetic analysis of the cell (direct problem). We will bring to the fore the difficulties linked to the determination of the complex propagation constants of the different modes and will present a calculation procedure that makes this determination in a wide-frequency range easier. We will then compare at X-band frequencies (8-12 GHz) the theoretical S-parameters with those measured for ferrites of well-known properties in order to validate the direct problem. The determination of the permittivity and permeability values from the measured parameters (inverse problem) is not addressed here     

A simple calibration method for measurements of the permeability in a short-circuited strip cell

It is shown that the accuracy of measurement of the microwave permeability of thin films in a short-circuited strip cell can be substantially enhanced through taking into account the S parameters of the interior irregularities of the cell with the use of a calibration procedure involving two mutually supplementing reference samples. One of the reference samples is chosen to be a composite ferromagnet with the known frequency dependence of the constitutive parameters, and the other can be a nonmagnetic metal strip. For small samples with a low magnetic susceptibility, the measurement error can be 10–20 times reduced as compared to standard methods. In addition, the effect of the permittivity on the measured value of the magnetic susceptibility is taken into account. The method is tested for measurements of the permeability of prototypes and can be applied to calibrate other nondemountable partly filledtransmission lines.     

基于虚拟仪器技术的薄膜渗透率测试系统

针对具有离子选择透过性的先进薄膜材料对不同离子的选择性通过特性测试的问题,使用虚拟仪器技术开发了一套软硬件系统对其进行自动化测试。系统基于LabVIEW平台,通过编程对Keithley 2400数字源表以及Keithley 7001开关控制器进行操控,实现对薄膜渗透率特性的自动测量。此外还实现了测量数据的图表显示、测量数据保存等功能。该系统具有较大的灵活性和可重复性,提高了测量的效率。     

A Swept-Frequency Measurement of Complex Permittivity and Complex Permeability of a Columnar Specimen Inserted in a Rectangular Waveguide

This paper proposes a new method for the swept-frequency measurement of a solid material's complex permittivity and complex permeability. The proposed method utilizes a columnar specimen inserted in a rectangular waveguide, and the two-port S-parameters of the specimen are measured. In the analysis, the S-parameters are rigorously formulated in which the waveguide's fundamental mode, as well as the higher order modes are taken into account. Measurement was performed by using a standard waveguide and three types of materials as specimens. Results were compared with the conventional transmission-line method using the same rectangular waveguide. It is confirmed that the complex permittivity and complex permeability measured by the proposed method agrees very well with those measured by the conventional transmission-line method.     

满足烟幕透过率测量的红外辐射源设计

经过理论分析计算,估算出了满足烟幕透过率测量要求的红外辐射源辐射特性,依此,对国内生产的各种红外辐射器件进行了调研分析以及试验测量,最终选择远红外陶瓷发热片为红外辐射源的辐射器件。提出了红外辐射源的结构设计方案,并作了验证试验。进行了烟幕透过率测量仿真计算,分析了辐射源的波动对烟幕透过率测量精度的影响。     

磁性薄膜微波电磁参数测试方法研究进展

Fe、Co基合金薄膜具有高磁导率、高损耗等特点,可实现微波的宽频带吸收,是一类具有很大发展潜力的新一代吸波材料。磁性膜的复磁导率对吸波性能有重大影响,因而在吸波材料研究中提出了磁谱测量的紧迫要求。综述了国内外磁性薄膜电磁参数微波测量方法,主要介绍了磁性薄膜电磁参数的谐振腔法、双线圈法和传输线法,并对当前研究中存在的问题进行了讨论。