薄膜是一種特殊的二維材料，由分子、原子或離子沉積在基底表面形成。近年來(lái)，隨著材料科學(xué)和鍍膜技術(shù)的不斷發(fā)展，厚度在納米量級(jí)（幾納米到幾百納米范圍內(nèi)）的薄膜研究和應(yīng)用迅速增加。與體材料相比，納米薄膜的尺寸很小，表面積與體積的比值增大，因而表面效應(yīng)所表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)非常突出，對(duì)于光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)等具有許多獨(dú)特的表現(xiàn)。納米薄膜在傳統(tǒng)光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣，尤其是在光通訊、光學(xué)測(cè)量、傳感、微電子器件、醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域有更為廣闊的應(yīng)用前景。操作需要一定的專業(yè)素養(yǎng)和經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。薄膜干涉膜厚儀位移計(jì)
目前，常用的顯微干涉方式主要有Mirau和Michelson兩種方式。Mirau型顯微干涉結(jié)構(gòu)中，物鏡和被測(cè)樣品之間有兩塊平板，一塊涂覆高反射膜的平板作為參考鏡，另一塊涂覆半透半反射膜的平板作為分光棱鏡。由于參考鏡位于物鏡和被測(cè)樣品之間，物鏡外殼更加緊湊，工作距離相對(duì)較短，倍率一般為10-50倍。Mirau顯微干涉物鏡的參考端使用與測(cè)量端相同的顯微物鏡，因此不存在額外的光程差，因此是常用的顯微干涉測(cè)量方法之一。Mirau顯微干涉結(jié)構(gòu)中，參考鏡位于物鏡和被測(cè)樣品之間，且物鏡外殼更加緊湊，工作距離相對(duì)較短，倍率一般為10-50倍。Mirau顯微干涉物鏡的參考端使用與測(cè)量端相同的顯微物鏡，因此不存在額外的光程差，同時(shí)該結(jié)構(gòu)具有高分辨率和高靈敏度等特點(diǎn)，適用于微小樣品的測(cè)量。因此，在生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。高精度膜厚儀測(cè)量方法高精度的白光干涉膜厚儀通常采用Michelson干涉儀的結(jié)構(gòu)。
本文溫所研究的鍺膜厚度約300nm，導(dǎo)致其白光干涉輸出光譜只有一個(gè)干涉峰，此時(shí)常規(guī)基于相鄰干涉峰間距解調(diào)的方案（如峰峰值法等）將不再適用。為此，我們提出了一種基于單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的白光干涉測(cè)量方案，并設(shè)計(jì)搭建了膜厚測(cè)量系統(tǒng)。溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，峰值波長(zhǎng)與溫度變化之間具有良好的線性關(guān)系。利用該測(cè)量方案，我們測(cè)得實(shí)驗(yàn)用鍺膜的厚度為338.8nm，實(shí)驗(yàn)誤差主要來(lái)自于溫度控制誤差和光源波長(zhǎng)漂移。通過(guò)對(duì)納米級(jí)薄膜厚度的測(cè)量方案研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍺膜和金膜的厚度測(cè)量。本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)是提出了白光干涉單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的解調(diào)方案，并將其應(yīng)用于極短光程差的測(cè)量。
白光干涉在零光程差處，出現(xiàn)零級(jí)干涉條紋（在零級(jí)處，各波長(zhǎng)光的干涉亮條紋都重合，因而零級(jí)條紋呈白色），隨著光程差的增加，光源譜寬范圍內(nèi)的每條譜線各自形成的干涉條紋之間互有偏移，疊加的整體效果使條紋對(duì)比度下降。測(cè)量精度高，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量,采用白光干涉原理的測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)范圍大，具有快速檢測(cè)和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。普通的激光干涉與白光干涉之間雖然有差別，但也有很多的共同之處。可以說(shuō)，白光干涉實(shí)際上就是將白光看作一系列理想的單色光在時(shí)域上的相干疊加，在頻域上觀察到的就是不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的干涉光強(qiáng)變化曲線。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的非接觸式測(cè)量。
白光掃描干涉法利用白光作為光源，通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)參考鏡進(jìn)行掃描，將干涉條紋掃過(guò)被測(cè)面，并通過(guò)感知相干峰位置來(lái)獲取表面形貌信息。測(cè)量原理如圖1-5所示。然而，在對(duì)薄膜進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其上下表面的反射會(huì)導(dǎo)致提取出的白光干涉信號(hào)呈現(xiàn)雙峰形式，變得更為復(fù)雜。此外，由于白光掃描干涉法需要進(jìn)行掃描過(guò)程，因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，且易受外界干擾?；趫D像分割技術(shù)的薄膜結(jié)構(gòu)測(cè)試方法能夠自動(dòng)分離雙峰干涉信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度的測(cè)量。可以配合不同的軟件進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理，例如建立數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。高精度膜厚儀測(cè)量方法
增加光路長(zhǎng)度可以提高儀器分辨率，但同時(shí)也會(huì)更容易受到振動(dòng)等干擾，需要采取降噪措施。薄膜干涉膜厚儀位移計(jì)
膜厚儀是一種用于測(cè)量薄膜厚度的儀器，它的測(cè)量原理是通過(guò)光學(xué)干涉原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在測(cè)量過(guò)程中，薄膜表面發(fā)生的光學(xué)干涉現(xiàn)象被用來(lái)計(jì)算出薄膜的厚度。具體來(lái)說(shuō)，膜厚儀通過(guò)發(fā)射一束光線照射到薄膜表面，并測(cè)量反射光的干涉現(xiàn)象來(lái)確定薄膜的厚度。膜厚儀的測(cè)量原理非常精確和可靠，因此在許多領(lǐng)域都可以得到廣泛的應(yīng)用。首先，薄膜工業(yè)是膜厚儀的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。在薄膜工業(yè)中，膜厚儀可以用來(lái)測(cè)量各種類型的薄膜，例如光學(xué)薄膜、涂層薄膜、導(dǎo)電薄膜等。通過(guò)膜厚儀的測(cè)量，可以確保生產(chǎn)出的薄膜具有精確的厚度和質(zhì)量，從而滿足不同行業(yè)的需求。其次，在電子行業(yè)中，膜厚儀也扮演著重要的角色。例如，在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，膜厚儀可以用來(lái)測(cè)量各種薄膜層的厚度，以確保芯片的制造質(zhì)量和性能。此外，膜厚儀還可以應(yīng)用于顯示器件、光伏電池、電子元件等領(lǐng)域，為電子產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)提供關(guān)鍵的技術(shù)支持。除此之外，膜厚儀還可以在材料科學(xué)、化工、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域中發(fā)揮作用。例如，在材料科學(xué)研究中，膜厚儀可以用來(lái)測(cè)量不同材料的薄膜厚度，從而幫助科研人員了解材料的性能和特性。在化工生產(chǎn)中，膜厚儀可以用來(lái)監(jiān)測(cè)涂層薄膜的厚度，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。薄膜干涉膜厚儀位移計(jì)