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极值法求解过程计算简单,快速,同时确定薄膜的多个光学常数及解决多值性问题,测试范围广,但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素,以至于精度不够高。此外,由于受曲线拟合精度的限制,该方法对膜厚的测量范围有要求,通常用这种方法测量的薄膜厚度应大于200nm且小于10μm,以确保光谱信号中的干涉波峰数恰当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限,并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值,引入适合的色散模型,再根据麦克斯韦方程组的推导。这样求得的值自然和实际的透过率和反射率(通过光学系统直接测量的薄膜透射率或反射率)有所不同,建立评价函数,当计算的透过率/反射率与实际值之间的偏差小时,我们就可以认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。标准样品的选择和使用对于保持仪器准确度至关重要。原装膜厚仪推荐
极值法求解过程计算简单,速度快,同时能确定薄膜的多个光学常数并解决多值性问题,测试范围广,但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素,因此精度不够高。此外,由于受曲线拟合精度的限制,该方法对膜厚的测量范围有要求,通常用于测量薄膜厚度大于200纳米且小于10微米的情况,以确保光谱信号中的干涉波峰数适当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限,并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值,引入适合的色散模型,再通过麦克斯韦方程组的推导得到结果。该方法能判断预设的初始值是否为要测量的薄膜参数,建立评价函数来计算透过率/反射率与实际值之间的偏差。只有当计算出的透过率/反射率与实际值之间的偏差很小时,我们才能认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。膜厚仪市场价格广泛应用于电子、半导体、光学、化学等领域,为研究和开发提供了有力的手段。
作为重要元件,薄膜通常以金属、合金、化合物、聚合物等为主要基材,品类涵盖了光学膜、电隔膜、阻隔膜、保护膜、装饰膜等多种功能性薄膜,广泛应用于现代光学、电子、医疗、能源、建材等技术领域。常用薄膜的厚度范围从纳米级到微米级不等。纳米和亚微米级薄膜主要是基于干涉效应调制的光学薄膜,包括各种增透增反膜、偏振膜、干涉滤光片和分光膜等。部分薄膜经过特殊工艺处理后还具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特性,对于通讯、显示、存储等领域内光学仪器的质量起决定性作用,例如平面显示器使用的ITO镀膜、太阳能电池表面的SiO2减反射膜等。微米级以上的薄膜以工农业薄膜为主,多使用聚酯材料,具有易改性、可回收、适用范围广等特点。例如6微米厚度以下的电容器膜,20微米厚度以下的大部分包装印刷用薄膜,25~38微米厚的建筑玻璃贴膜及汽车贴膜,以及25~65微米厚度的防伪标牌及拉线胶带等。微米级薄膜利用其良好的延展性、密封性、绝缘性等特性遍及食品包装、表面保护、磁带基材、感光储能等应用市场,加工速度快,市场占比高。
由于不同性质和形态的薄膜对测量量程和精度的需求不相同,因此多种测量方法各有优缺点,难以笼统评估。测量特点总结如表1-1所示,针对薄膜厚度不同,适用的测量方法分别为椭圆偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。对于小于1μm的薄膜,白光干涉轮廓仪的测量精度较低,分光光度法和椭圆偏振法较为适用;而对于小于200nm的薄膜,椭圆偏振法结果更可靠,因为透过率曲线缺少峰谷值。光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或半透明薄膜。通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样,可以得到待测薄膜厚度。本章详细研究了白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性,并得出了基于两个相邻干涉峰的白光干涉解调方案不适用于极短光程差测量的结论。在此基础上,提出了一种基于干涉光谱单峰值波长移动的白光干涉测量解调技术。可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。
常用白光垂直扫描干涉系统的原理:入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜后,被分光镜分成两部分,一个部分入射到固定的参考镜,一部分入射到样品表面,当参考镜表面和样品表面的反射光通过分光镜后,再次汇聚产生干涉条纹,干涉光通过透镜后,利用电荷耦合器(CCD)可探测整个视场内双白光光束的干涉图像。利用Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描,可获得一系列的干涉图像。根据干涉图像序列中对应点的光强随光程差变化曲线,可得该点的Z向相对位移;然后,由CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置获得被测样品表面的三维形貌。白光干涉膜厚仪是一种用来测量透明和平行表面薄膜厚度的仪器。小型膜厚仪性价比高
Michelson干涉仪的光路长度是影响仪器精度的重要因素。原装膜厚仪推荐
光谱拟合法易于应用于测量,但由于使用了迭代算法,因此其优缺点在很大程度上取决于所选择的算法。随着遗传算法、模拟退火算法等全局优化算法的引入,被用于测量薄膜参数。该方法需要一个较好的薄膜光学模型(包括色散系数、吸收系数、多层膜系统),但实际测试过程中薄膜的色散和吸收的公式通常不准确,特别是对于多层膜体系,建立光学模型非常困难,无法用公式准确地表示出来。因此,通常使用简化模型,全光谱拟合法在实际应用中不如极值法有效。此外,该方法的计算速度慢,不能满足快速计算的要求。原装膜厚仪推荐
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