双金属层膜厚的差分SPR相位检测法研究
发布时间：2020-11-01 10:19
薄膜材料,尤其是金属薄膜,具有多种多样的性能,包括电磁学性能、光学性能、气敏特性、力学性能、超导性能等,因此在军事、石化、重工业、轻工业等领域中被广泛地应用。纳米薄膜是由纳米量级的晶粒组成的单层或多层薄膜,其特性不仅受材料属性影响,很大程度上还受其表面结构和厚度的影响。因此,为了能够深入探究薄膜材料的各种特性,精确地测量薄膜的厚度是至关重要的。本文旨在改进相位测量方法的设计,提高纳米级双层金属层膜厚的分辨力。论文分析了几种常用金属薄膜厚度检测方法的特点,表面等离子共振(SPR)效应检测银、金双层金属薄膜厚度参数的方法。论文以实验室的SPR理论基础和相位检测法前期成果为出发点,开展差分式相位SPR检测方法的研究,即激光以共振角入射至SPR耦合棱镜,激发双层膜表面等离子体效应,激发SPR效应后的光束经过干涉结构,使得相位信息变化量在干涉条纹的偏移量中得以体现,通过角度差分式相位测量的方法改善SPR相位检测的分辨力和灵敏度,对干涉条纹进行相关演算,计算出双层膜的厚度。论文对SPR差分相位法及相关的几种模式进行了模拟仿真;通过仿真结果分析,根据设计要求,最终确定了差分式相位SPR检测系统的方案;围绕此设计方案,搭建了差分式相位SPR检测系统的光路并进行了实验研究,完成产生的相位干涉条纹的图像处理,通过拟合的差分相位变化量与入射角的关系曲线计算其斜率,得到银、金双层膜的膜层厚度;最后分析出可能影响实验测量效果的误差因素。仿真结果和实验结果表明,差分式相位SPR检测法测量银、金双层纳米级薄膜厚度的方案是可实现的,而且设计方案及结果对比表明,差分式测量方法可以达到本文的研究目标。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TB383.2;TH74
【部分图文】：
图 1-1 R.B.S 实验装置然深度分辨率不高，但是原理简单、不依赖样损伤薄膜、而且能够准确地进行定量分析，比和表面层的分析。 世纪 30 年代发展起来的，主要用来进行材料结、波纹度、粗糙度、沟槽深度、薄膜应力、三领域广泛，包括光学、生命科学、MEMS、材量银、金双层膜膜厚时，在基底上先镀一层金形成两个台阶。通过台阶仪探针的移动，分别双层膜的厚度参数。其测量原理图如下图 1-2机控制探针在待测双层膜表面移动，当遇到台针随着膜层表面的高度变化发生上下移动，其
薄膜厚度的检测和表面层的分析。.2.2 台阶仪法台阶仪是 20 世纪 30 年代发展起来的，主要用来进行材料结构和表面的解，包括薄膜厚度、波纹度、粗糙度、沟槽深度、薄膜应力、三维形貌和翘曲等。台阶仪应用领域广泛，包括光学、生命科学、MEMS、材料科学、半导、太阳能等。测量银、金双层膜膜厚时，在基底上先镀一层金膜，再镀一层积较小的银膜，形成两个台阶。通过台阶仪探针的移动，分别测出两个台阶高度，最终得到双层膜的厚度参数。其测量原理图如下图 1-2 所示。以基底为参考面，计算机控制探针在待测双层膜表面移动，当遇到台阶或者薄膜表厚度变化时，探针随着膜层表面的高度变化发生上下移动，其位移信号经过位移传感器转化为电信号，信号经过放大、解调和滤波，通过模数转换器将拟电信号转换为数字信号，最后传输给计算机，计算机拟合出厚度曲线，将层厚度值实时显示。
细窄裂缝小于探针的直径时，台阶仪无法记录；探针硬度，容易损坏薄膜；而且在测量双层膜厚时，台阶膜难度，很难实现。仪法原理为：偏振光束反射或投射薄膜上时，会出现一定检测薄膜厚度[18-19]。广泛应用于介电薄膜、玻璃(或膜等膜的厚度测量。[5]等人利用椭圆偏振仪来测量薄膜的厚度和折射率，的光路图。该系统利用 He-Ne 激光器射出单色光，在作用下，最终以椭圆偏振光的形式照射在薄膜样品上，利用检偏器测量其反射光的偏振状态（幅度和相位
【参考文献】
本文编号：2865401
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TB383.2;TH74
【部分图文】：
图 1-1 R.B.S 实验装置然深度分辨率不高，但是原理简单、不依赖样损伤薄膜、而且能够准确地进行定量分析，比和表面层的分析。 世纪 30 年代发展起来的，主要用来进行材料结、波纹度、粗糙度、沟槽深度、薄膜应力、三领域广泛，包括光学、生命科学、MEMS、材量银、金双层膜膜厚时，在基底上先镀一层金形成两个台阶。通过台阶仪探针的移动，分别双层膜的厚度参数。其测量原理图如下图 1-2机控制探针在待测双层膜表面移动，当遇到台针随着膜层表面的高度变化发生上下移动，其
薄膜厚度的检测和表面层的分析。.2.2 台阶仪法台阶仪是 20 世纪 30 年代发展起来的，主要用来进行材料结构和表面的解，包括薄膜厚度、波纹度、粗糙度、沟槽深度、薄膜应力、三维形貌和翘曲等。台阶仪应用领域广泛，包括光学、生命科学、MEMS、材料科学、半导、太阳能等。测量银、金双层膜膜厚时，在基底上先镀一层金膜，再镀一层积较小的银膜，形成两个台阶。通过台阶仪探针的移动，分别测出两个台阶高度，最终得到双层膜的厚度参数。其测量原理图如下图 1-2 所示。以基底为参考面，计算机控制探针在待测双层膜表面移动，当遇到台阶或者薄膜表厚度变化时，探针随着膜层表面的高度变化发生上下移动，其位移信号经过位移传感器转化为电信号，信号经过放大、解调和滤波，通过模数转换器将拟电信号转换为数字信号，最后传输给计算机，计算机拟合出厚度曲线，将层厚度值实时显示。
细窄裂缝小于探针的直径时，台阶仪无法记录；探针硬度，容易损坏薄膜；而且在测量双层膜厚时，台阶膜难度，很难实现。仪法原理为：偏振光束反射或投射薄膜上时，会出现一定检测薄膜厚度[18-19]。广泛应用于介电薄膜、玻璃(或膜等膜的厚度测量。[5]等人利用椭圆偏振仪来测量薄膜的厚度和折射率，的光路图。该系统利用 He-Ne 激光器射出单色光，在作用下，最终以椭圆偏振光的形式照射在薄膜样品上，利用检偏器测量其反射光的偏振状态（幅度和相位
【参考文献】
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本文编号：2865401
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