一種測量薄膜折射率的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量薄膜折射率的方法，包括以下步驟：a.在玻璃基底上制備厚度為0.1um?2um的反射金屬層；b.將待測薄膜樣品涂覆到反射金屬層上并放入烘烤爐中完成待測薄膜樣品的固化；c.采用臺階儀測量涂覆到反射金屬層上的待測薄膜樣品的厚度d；d.在待測薄膜樣品上表面沉積厚度為2nm?500nm的半反射金屬層，完成諧振腔制作；將制備完成的諧振腔放入傅里葉光譜儀中，在2um?25um波段測量諧振腔的特征吸收波段的峰值，將吸收峰值對應的波長λ記錄下來；根據(jù)公式即可計算出待測薄膜樣品的折射率n。
【專利說明】
_種測量薄膜折射率的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于薄膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于測量薄膜材料折射率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄膜技術(shù)是當前材料科技的研究熱點，特別是納米級薄膜技術(shù)的迅速發(fā)展，精確 測量薄膜厚度及其折射率等光學參數(shù)受到人們的高度重視。由于薄膜和基底材料的性質(zhì)和 形態(tài)不同，如何選擇符合測量要求的測量和制樣方法是一個值得認真考慮的問題，橢圓偏 振法、棱鏡耦合法和干涉法是目前測量薄膜折射率的主要方法。
[0003] 橢圓偏振法具有較高的測量靈敏橢偏法具有很高的測量靈敏度和精度，測量時間 達到ms量級，已用于薄膜生長過程的厚度和折射率監(jiān)控。但是，由于影響測量準確度因素 很多，如入射角、系統(tǒng)的調(diào)整狀態(tài)，光學元件質(zhì)量、環(huán)境噪聲、樣品表面狀態(tài)、實際待測薄膜 與數(shù)學模型的差異等都會影響測量的準確度。特別是當薄膜折射率與基底折射率相接近 (如玻璃基底表面Si02薄膜），薄膜厚度較小和薄膜厚度及折射率范圍位于函數(shù)斜率較大 區(qū)域時，用橢偏儀同時測得薄膜的厚度和折射率與實際情況有較大的偏差。因此，即使對于 同一種樣品、不同厚度和折射率范圍，不同的入射角和波長都存在不同的測量精確度。
[0004] 棱鏡耦合法存在測量薄膜厚度的下限，測量光需在膜層內(nèi)形成兩個或兩個以上波 導模，膜厚一般應大于300~480nm(如硅基底和GaAs基底等;測量范圍依賴于待測薄膜和基 底的性質(zhì)，與所選用的棱鏡折射率有關(guān)。
[0005] 干涉法測量薄膜厚度在確定干涉條紋的錯位條紋數(shù)比較困難，對低反射率的薄膜 所形成的干涉條對比度低，會帶來測量誤差，而且薄膜要有臺階，測量過程調(diào)節(jié)復雜，容易 磨損薄膜表面等，對測量帶來不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種在已知薄膜材料厚度的條件下用于檢測薄膜材料折 射率的簡便檢測方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，包括以下步驟： 制樣： a. 在玻璃基底上制備厚度為0. lum-2um的反射金屬層； b. 將待測薄膜樣品涂覆到反射金屬層上并放入烘烤爐中完成待測薄膜樣品的固化； c. 采用臺階儀測量涂覆到反射金屬層上的待測薄膜樣品的厚度d ; d. 在待測薄膜樣品上表面沉積厚度為2nm-500nm的半反射金屬層，完成諧振腔制作； 檢測:將制備完成的諧振腔放入傅里葉光譜儀中，在2um-25um波段測量諧振腔的特征 吸收波段的峰值，將吸收峰值對應的波長A記錄下來； 根據(jù)公式
即可計算出待測薄膜樣品的折射率/3。
[0008] 本發(fā)明提供的方法中，待測薄膜樣品進行制備形成諧振腔，在已經(jīng)測定薄膜厚度 的條件下通過使用傅里葉光譜儀測量諧振腔的中心吸收波長從而得到待測薄膜樣品的折 射率;無需采用專門檢測設備，降低了測量成本;同時待測薄膜樣品的表面狀態(tài)對折射率測 量的干擾較小，制樣只需要平整表面即可，且能夠測量厚度范圍為〇.lum-25um的薄膜樣品 的折射率，測量范圍較寬。
【附圖說明】
[0009]圖1為測量聚酰亞胺薄膜折射率制備的諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為聚酰亞胺薄膜制備成為諧振腔后的光譜吸收曲線； 圖中：1-玻璃基底、2-CrAu反射金屬層、3-聚酰亞胺薄膜、4- NiCr半反射金屬層、5-入 射光。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，但不得以任何方式對本發(fā)明加以限制， 基于本發(fā)明教導所作的任何變更或改進，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0011] 本發(fā)明提供了 一種測量薄膜折射率的方法，包括以下步驟： 制樣： a. 在玻璃基底上制備厚度為0. lum-2um的反射金屬層； b. 將待測薄膜樣品涂覆到反射金屬層上并放入烘烤爐中完成待測薄膜樣品的固化； c. 采用臺階儀測量涂覆到反射金屬層上的待測薄膜樣品的厚度d ; d. 在待測薄膜樣品上表面沉積厚度為2nm-500nm的半反射金屬層，完成諧振腔制作； 檢測:將制備完成的諧振腔放入傅里葉光譜儀中，在2um-25um波段測量諧振腔的特征 吸收波段的峰值，將吸收峰值對應的波長A記錄下來； 根據(jù)公式〃~即可計算出待測薄膜樣品的折射率/3。
[0012] 所述反射金屬層采用CrAu合金、Cr、Ti、TiAu合金或者A1中的任一種金屬制作。 [0013] 所述半反射金屬層采用Ti、NiCr合金、TiW合金、Ni、Cr或者Au中的任一種金屬制 作。
[0014] 實施例一 如圖1所示，采用聚酰亞胺薄膜作為待測薄膜制備諧振腔;具體包括如下步驟： a. 采用濺射方法在平整的玻璃基底1上制備厚度為0. lum的CrAu反射金屬層2; b. 將待測聚酰亞胺薄膜3涂覆到CrAu反射金屬層2上并放入烘烤爐中完成聚酰亞胺薄 膜3的固化，固化溫度為350 °C，固化時間為30min; c.采用臺階儀測量涂覆到CrAu反射金屬層2上的聚酰亞胺薄膜3的厚度(6/為2um; d.在聚酰亞胺薄膜3上表面沉積厚度為7nm的NiCr半反射金屬層4,完成諧振腔制作； 檢測:將制備完成的諧振腔放入傅里葉光譜儀中，在2um-25um波段測量諧振腔的諧振 吸收光譜，如圖2所示，將吸收峰值對應的波長A記錄下來，圖中諧振腔的峰值吸收波長為 10um； 根據(jù)公式
、即可計算出待測薄膜樣品的折射率/3，即
[0015] 實施例二 如圖1所示，采用聚酰亞胺薄膜作為待測薄膜制備諧振腔;具體包括如下步驟： a. 采用濺射方法在平整的玻璃基底1上制備厚度為lum的Cr反射金屬層2; b. 將待測聚酰亞胺薄膜3涂覆到Cr反射金屬層2上并放入烘烤爐中完成聚酰亞胺薄膜3 的固化，固化溫度為350 °C，固化時間為30min; c.采用臺階儀測量涂覆到Cr反射金屬層2上的聚酰亞胺薄膜3的厚度(6/為2um; d.在聚酰亞胺薄膜3上表面沉積厚度為70nm的Ti半反射金屬層4，完成諧振腔制作； 檢測:將制備完成的諧振腔放入傅里葉光譜儀中，在2um-25um波段測量諧振腔的諧振 吸收光譜，如圖2所示，將吸收峰值對應的波長A記錄下來，圖中諧振腔的峰值吸收波長為 10um； 根據(jù)公式
：;即可計算出待測薄膜樣品的折射率η，即
[0016] 實施例三 如圖1所示，采用聚酰亞胺薄膜作為待測薄膜制備諧振腔;具體包括如下步驟： a. 采用濺射方法在平整的玻璃基底1上制備厚度為2um的TiAu合金反射金屬層2; b. 將待測聚酰亞胺薄膜3涂覆到TiAu合金反射金屬層2上并放入烘烤爐中完成聚酰亞 胺薄膜3的固化，固化溫度為350 °C，固化時間為30min; c.采用臺階儀測量涂覆到TiAu合金反射金屬層2上的聚酰亞胺薄膜3的厚度(6/為2um; d.在聚酰亞胺薄膜3上表面沉積厚度為500nm的Cr半反射金屬層4，完成諧振腔制作； 檢測:將制備完成的諧振腔放入傅里葉光譜儀中，在2um-25um波段測量諧振腔的諧振 吸收光譜，如圖2所示，將吸收峰值對應的波長A記錄下來，圖中諧振腔的峰值吸收波長為 10um； 根據(jù)公式
即可計算出待測薄膜樣品的折射率Λ，即
[0017] 實施例四 如圖1所示，采用聚酰亞胺薄膜作為待測薄膜制備諧振腔;具體包括如下步驟： a. 采用濺射方法在平整的玻璃基底1上制備厚度為1.5um的A1反射金屬層2; b. 將待測聚酰亞胺薄膜3涂覆到A1反射金屬層2上并放入烘烤爐中完成聚酰亞胺薄膜3 的固化，固化溫度為350 °C，固化時間為30min; c.采用臺階儀測量涂覆到A1反射金屬層2上的聚酰亞胺薄膜3的厚度(6/為2um; d.在聚酰亞胺薄膜3上表面沉積厚度為270nm的TiW合金半反射金屬層4,完成諧振腔制 作； 檢測:將制備完成的諧振腔放入傅里葉光譜儀中，在2um-25um波段測量諧振腔的諧振 吸收光譜，如圖2所示，將吸收峰值對應的波長A記錄下來，圖中諧振腔的峰值吸收波長為 10um； 根據(jù)公式& 即可計算出待測薄膜樣品的折射率λ，即
[0018] 實施例五 如圖1所示，采用聚酰亞胺薄膜作為待測薄膜制備諧振腔;具體包括如下步驟： a. 采用濺射方法在平整的玻璃基底1上制備厚度為1.7um的Ti反射金屬層2; b. 將待測聚酰亞胺薄膜3涂覆到Ti反射金屬層2上并放入烘烤爐中完成聚酰亞胺薄膜3 的固化，固化溫度為350 °C，固化時間為30min; c.采用臺階儀測量涂覆到Ti反射金屬層2上的聚酰亞胺薄膜3的厚度(6/為2um; d.在聚酰亞胺薄膜3上表面沉積厚度為350nm的Ni半反射金屬層4，完成諧振腔制作； 檢測:將制備完成的諧振腔放入傅里葉光譜儀中，在2um-25um波段測量諧振腔的諧振 吸收光譜，如圖2所示，將吸收峰值對應的波長A記錄下來，圖中諧振腔的峰值吸收波長為 10um； 根據(jù)公式即可計算出待測薄膜樣品的折射率/3，即
[0019] 本發(fā)明將待測薄膜樣品進行制備形成諧振腔，從而對入射的光產(chǎn)生諧振吸收，在 已經(jīng)測定薄膜厚度的條件下通過使用通用傅里葉光譜儀測量諧振腔的中心吸收波長從而 計算得到待測薄膜樣品的折射率;無需采用專門檢測設備，降低了測量成本;同時待測薄膜 樣品的表面狀態(tài)對折射率測量的干擾較小，制樣只需要平整表面即可，且能夠測量厚度范 圍為0 . lum-25um的薄膜樣品的折射率，測量范圍較寬，特別適用于對折射率測量精度要求 不是特別高且對測量成本比較敏感的應用。
【主權(quán)項】
1. 一種測量薄膜折射率的方法，其特征在于包括以下步驟： 制樣： a. 在玻璃基底上制備厚度為O. lum-2um的反射金屬層； b. 將待測薄膜樣品涂覆到反射金屬層上并放入烘烤爐中完成待測薄膜樣品的固化； c. 采用臺階儀測量涂覆到反射金屬層上的待測薄膜樣品的厚度; d. 在待測薄膜樣品上表面沉積厚度為2nm-500nm的半反射金屬層，完成諧振腔制作； 檢測：將制備完成的諧振腔放入傅里葉光譜儀中，在2um-25um波段測量諧振腔的特征 吸收波段的峰值，將吸收峰值對應的波長A記錄下來； 根據(jù)公式〃 即可計算出待測薄膜樣品的折射率/3。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量薄膜折射率的方法，其特征在于所述反射金屬層采用 Cr Au合金、Cr、Ti、TiAu合金或者Al中的任一種金屬制作。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量薄膜折射率的方法，其特征在于所述半反射金屬層采用 Ti、NiCr合金、TiW合金、Ni、Cr或者Au中的任一種金屬制作。
【文檔編號】G01N21/41GK106018342SQ201610321923
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】黃鴻, 饒敬梅, 李英欣, 張順聰, 董保志, 王向忠
【申請人】云南瑞博檢測技術(shù)股份有限公司