反射分光膜厚測量原理分析

發布日期：2022-08-18      瀏覽次數：4513

反射分光膜厚測量原理分析

什么是反射光譜？

讓我們考慮當光與基板上的薄膜樣品垂直時的反射光。

在這種情況下，光在薄膜的上方和下方都被反射。反射的光量是這兩種反射的總和。由于光的波動性，來自這兩個界面的反射根據它們的相位關系增加或減少亮度。

相互相位關系由兩次反射的光路、膜厚、光學常數和光的波長決定。當光路是波長的整數倍時，反射同相并相長相加。這種現象發生在當光以直角入射到透明薄膜上時，2nd = iλ（其中d為薄膜厚度，i為整數，因子2表示光穿過薄膜兩次）時發生。相反，當相位從相位匹配的狀態偏移1/2波長時，即當2nd = (i+1/2)λ時，反射的相位偏移并在抵消方向上減去互出。。

這些反射可以用下面的單個方程表示。由此可以看出，薄膜的反射率如下所示以 1/λ 周期性變化。換句話說，當觀察某個波長范圍時，薄膜越厚，反射循環的次數就越多。

 



 

 

從反射光譜中看到的薄膜特性

實際的反射光譜被認為是由來自薄膜表面的反射光與透過薄膜并在與基板的界面處反射的光之間的干涉引起的。

 

將光視為一種波，波的相位根據穿過薄膜的光的長度和薄膜材料的折射率（密度）而變化。由于每個波長的光的相移不同，因此干涉光相對于光譜波長不斷變強和變弱。因此，以橫軸為波長的反射率呈波浪狀。

 

一般來說，折射率（或吸收系數）越大，反射越高，薄膜與基板的折射率差越大，波幅越大。

 

薄膜越厚，相對于光譜波長的波數越大（頻率越高）。



 

樣品的折射率越高，反射率越高。



 

薄膜和基材的折射率越高，波幅越高。



通過光譜獲得的反射光譜包含有關薄膜厚度和光學常數的信息。如何從中提取膜厚和光學常數值？

 

膜厚可以從某一光譜波長范圍內的波數粗略估算。在可見光區，一個波谷或波峰估計在0.1微米左右，一個峰谷幅度（一個波長）在0.2微米左右，這是一幅圖像。

 

換句話說，近似的薄膜厚度 被認為是
峰（或谷）x 0.2微米的數量。
這只是一個指導方針。在實踐中，膜厚由程序在考慮膜的折射率和基板的參數的情況下確定。

 



一谷，約0.1微米



6 個峰 x 0.2，因此大約 10-12 微米



50 個或更多峰 x 0.2，因此 100 微米或更多

至于光學常數，反射峰和谷的幅度可以認為是基板的反射（折射率）與薄膜的反射（折射率）之差。基板與薄膜的折射率差越小，振幅越小，折射率差越大，振幅越大。因此，如果已知基板的折射率，則可以獲得薄膜的折射率。