微米级膜厚仪的原理

本文研究的锗膜厚度约为300nm，导致白光干涉输出的光谱只有一个干涉峰，无法采用常规的基于相邻干涉峰间距解调的方案，如峰峰值法等。为此，研究人员提出了一种基于单峰值波长移动的白光干涉测量方案，并设计制作了膜厚测量系统。经实验证明，峰值波长和温度变化之间存在很好的线性关系。利用该方案，研究人员成功测量了实验用锗膜的厚度为338.8nm，实验误差主要源于温度控制误差和光源波长漂移。该论文通过对纳米级薄膜厚度测量方案的研究，实现了对锗膜和金膜厚度的测量，并主要创新点在于提出了基于白光干涉单峰值波长移动的解调方案，并将其应用于极短光程差的测量。高精度的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。微米级膜厚仪的原理

薄膜材料的厚度在纳米级薄膜的各项相关参数中，是制备和设计中一个重要的参量，也是决定薄膜性质和性能的关键参量之一。然而，由于其极小尺寸及表面效应的影响，纳米级薄膜的厚度准确测量变得困难。科研技术人员通过不断的探索研究，提出了新的薄膜厚度测量理论和技术，并将测量方法从手动到自动、有损到无损等不断改进。对于不同性质的薄膜，其适用的厚度测量方案也不相同。在纳米级薄膜中，采用光学原理的测量技术可以实现精度高、速度快、无损测量等优点，成为主要的检测手段。典型的测量方法包括椭圆偏振法、干涉法、光谱法、棱镜耦合法等。纳米级膜厚仪安装操作注意事项广泛应用于电子、半导体、光学、化学等领域，为研究和开发提供了有力的手段。

膜厚仪是一种用于测量薄膜厚度的仪器，它的测量原理主要是通过光学或物理方法来实现的。在导电薄膜中，膜厚仪具有广泛的应用，可以用于实时监测薄膜的厚度变化，从而保证薄膜的质量和性能。膜厚仪的测量原理主要有两种：一种是光学方法，通过测量薄膜对光的反射、透射或干涉来确定薄膜的厚度；另一种是物理方法，通过测量薄膜对射线或粒子的散射或吸收来确定薄膜的厚度。这两种方法都有各自的优缺点，可以根据具体的应用场景来选择合适的测量原理。在导电薄膜中，膜厚仪可以用于实时监测薄膜的厚度变化。导电薄膜通常用于各种电子器件中，如晶体管、太阳能电池等。薄膜的厚度对器件的性能有着重要的影响，因此需要对薄膜的厚度进行精确的控制和监测。膜厚仪可以实时测量薄膜的厚度变化，及时发现问题并进行调整，从而保证薄膜的质量和性能。此外，膜厚仪还可以用于薄膜的质量检测和分析。通过对薄膜的厚度进行测量，可以了解薄膜的均匀性、表面平整度等质量指标，为薄膜的生产和加工提供重要的参考数据。膜厚仪还可以用于研究薄膜的光学、电学等性能，为薄膜材料的研发和应用提供支持

白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向，此项技术主要是利用光谱仪将对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量。通过分析被测物体的光谱特性，就能够得到相应的长度信息和形貌信息。相比于白光扫描干涉术，它不需要大量的扫描过程，因此提高了测量效率，而且也减小了环境对它的影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度。白干干涉光谱法是基于频域干涉的理论，采用白光作为宽波段光源，经过分光棱镜，被分成两束光，这两束光分别入射到参考镜和被测物体，反射回来后经过分光棱镜合成后，由色散元件分光至探测器，记录频域上的干涉信号。此光谱信号包含了被测表面的信息，如果此时被测物体是薄膜，则薄膜的厚度也包含在这光谱信号当中。这样就把白光干涉的精度和光谱测量的速度结合起来，形成了一种精度高而且速度快的测量方法。该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，基于反射率和相位差。

在对目前常用的白光干涉测量方案进行比较研究后发现，当两个干涉光束的光程差非常小导致干涉光谱只有一个峰时，基于相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。因此，我们提出了一种基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案，适用于极小光程差。这种方案利用干涉光谱的峰值波长会随光程差变化而周期性地出现红移和蓝移，当光程差在较小范围内变化时，峰值波长的移动与光程差成正比。我们在光纤白光干涉温度传感系统上验证了这一测量方案，并成功测量出光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验表明，锗膜厚度为一定值，与台阶仪测量结果存在差异是由于薄膜表面本身并不光滑，台阶仪的测量结果只能作为参考值。误差主要来自光源的波长漂移和温度误差。通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，利用膜层与底材的反射率和相位差来实现测量。白光干涉膜厚仪详情

光路长度越长，仪器分辨率越高，但也越容易受到干扰因素的影响，需要采取降噪措施。微米级膜厚仪的原理

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。微米级膜厚仪的原理