薄膜是指分子,、原子或者是離子在基底表面沉積形成的一種特殊的二維材料。近幾十年來(lái),，隨著材料科學(xué)和鍍膜工藝的不斷發(fā)展,，厚度在納米量級(jí)（幾納米到幾百納米范圍內(nèi)）薄膜的研究和應(yīng)用迅速增加。與體材料相比,，因?yàn)榧{米薄膜的尺寸很小,，使得表面積與體積的比值增加，表面效應(yīng)所表現(xiàn)出的性質(zhì)非常突出,，因而在光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)上有許多獨(dú)特的表現(xiàn),。納米薄膜應(yīng)用于傳統(tǒng)光學(xué)領(lǐng)域,，在生產(chǎn)實(shí)踐中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其是在光通訊,、光學(xué)測(cè)量,，傳感,，微電子器件，生物與醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的應(yīng)用空間更為廣闊,。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以對(duì)薄膜的厚度,、反射率,、折射率等光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,。崇明區(qū)有哪些膜厚儀
在初始相位為零的情況下,，當(dāng)被測(cè)光與參考光之間的光程差為零時(shí),，光強(qiáng)度將達(dá)到最大值,。為探測(cè)兩個(gè)光束之間的零光程差位置，需要精密Z向運(yùn)動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)干涉鏡頭作垂直掃描運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)載物臺(tái),，垂直掃描過(guò)程中,，用探測(cè)器記錄下干涉光強(qiáng),，可得白光干涉信號(hào)強(qiáng)度與Z向掃描位置（兩光束光程差）之間的變化曲線。干涉圖像序列中某波長(zhǎng)處的白光信號(hào)強(qiáng)度隨光程差變化示意圖,，曲線中光強(qiáng)極大值位置即為零光程差位置,，通過(guò)零過(guò)程差位置的精密定位，即可實(shí)現(xiàn)樣品表面相對(duì)位移的精密測(cè)量,；通過(guò)確定最大值對(duì)應(yīng)的Z向位置可獲得被測(cè)樣品表面的三維高度,。膜厚儀性價(jià)比高白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)中的薄膜參數(shù)測(cè)量。
白光掃描干涉法采用白光為光源,，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)參考鏡進(jìn)行掃描，干涉條紋掃過(guò)被測(cè)面,，通過(guò)感知相干峰位置來(lái)獲得表面形貌信息,。測(cè)量原理圖如圖1-5所示。而對(duì)于薄膜的測(cè)量,，上下表面形貌,、粗糙度,、厚度等信息能通過(guò)一次測(cè)量得到,，但是由于薄膜上下表面的反射，會(huì)使提取出來(lái)的白光干涉信號(hào)出現(xiàn)雙峰形式,，變得更復(fù)雜,。另外,，由于白光掃描法需要掃描過(guò)程,，因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)而且易受外界干擾,?；趫D像分割技術(shù)的薄膜結(jié)構(gòu)測(cè)試方法,，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙峰干涉信號(hào)的自動(dòng)分離,，實(shí)現(xiàn)了薄膜厚度的測(cè)量,。
干涉法作為面掃描方式可以一次性對(duì)薄膜局域內(nèi)的厚度進(jìn)行解算,，適用于對(duì)面型整體形貌特征要求較高的測(cè)量對(duì)象。干涉法算法在于相位信息的提取,，借助多種復(fù)合算法通?？梢赃_(dá)到納米級(jí)的測(cè)量準(zhǔn)確度,。然而主動(dòng)干涉法對(duì)條紋穩(wěn)定性不佳，光學(xué)元件表面的不清潔,、光照度不均勻、光源不穩(wěn)定,、外界氣流震動(dòng)干擾等因素均可能影響干涉圖的完整性[39],，使干涉圖樣中包含噪聲和部分區(qū)域的陰影,，給后期處理帶來(lái)困難,。除此之外,，干涉法系統(tǒng)精度的來(lái)源——精密移動(dòng)及定位部件也增加了系統(tǒng)的成本,，高精度的干涉儀往往較為昂貴,。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于材料科學(xué)中的薄膜微結(jié)構(gòu)分析。
薄膜作為改善器件性能的重要途徑，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光學(xué),、電子、醫(yī)療,、能源,、建材等技術(shù)領(lǐng)域。受薄膜制備工藝及生產(chǎn)環(huán)境影響,，成品薄膜存在厚度分布不均,、表面粗糙度大等問(wèn)題,，導(dǎo)致其光學(xué)及物理性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,，嚴(yán)重影響成品的性能及應(yīng)用,。隨著薄膜生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，準(zhǔn)確測(cè)量和科學(xué)評(píng)價(jià)薄膜特性作為研究熱點(diǎn)，也引起產(chǎn)業(yè)界的高度重視,。厚度作為關(guān)鍵指標(biāo)直接影響薄膜工作特性,，合理監(jiān)控薄膜厚度對(duì)于及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù),、降低加工成本、提高生產(chǎn)效率及企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等具有重要作用和深遠(yuǎn)意義,。然而,，對(duì)于市場(chǎng)份額占比大的微米級(jí)工業(yè)薄膜,，除要求測(cè)量系統(tǒng)不僅具有百納米級(jí)的測(cè)量精度之外,，還要求具備體積小,、穩(wěn)定性好的特點(diǎn),，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的在線檢測(cè)需求,。目前光學(xué)薄膜測(cè)厚方法仍無(wú)法兼顧高精度,、輕小體積,，以及合理的系統(tǒng)成本,，而具備納米級(jí)測(cè)量分辨力的商用薄膜測(cè)厚儀器往往價(jià)格昂貴,、體積較大,，且無(wú)法響應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線測(cè)量需求,?；谝陨戏治?，本課題提出基于反射光譜原理的高精度工業(yè)薄膜厚度測(cè)量解決方案,，研制小型化,、低成本的薄膜厚度測(cè)量系統(tǒng),，并提出無(wú)需標(biāo)定樣品的高效穩(wěn)定的膜厚計(jì)算算法,。研發(fā)的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)工業(yè)薄膜的厚度測(cè)量,。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)的優(yōu)化需要對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和算法進(jìn)行改進(jìn)。高精度膜厚儀
白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)是一種測(cè)量薄膜厚度的方法。崇明區(qū)有哪些膜厚儀
白光干涉時(shí)域解調(diào)方案需要借助機(jī)械掃描部件帶動(dòng)干涉儀的反射鏡移動(dòng),，補(bǔ)償光程差,，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的解調(diào)[44-45],。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示,。光纖白光干涉儀的兩輸出臂分別作為參考臂和測(cè)量臂，作用是將待測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換為干涉儀兩臂的光程差變化,。測(cè)量臂因待測(cè)物理量而增加了一個(gè)未知的光程,，參考臂則通過(guò)移動(dòng)反射鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量臂引入的光程差的補(bǔ)償。當(dāng)干涉儀兩臂光程差ΔL=0時(shí),，即兩干涉光束為等光程的時(shí)候,，出現(xiàn)干涉極大值，可以觀察到中心零級(jí)干涉條紋,，而這一現(xiàn)象與外界的干擾因素?zé)o關(guān),，因而可據(jù)此得到待測(cè)物理量的值。干擾輸出信號(hào)強(qiáng)度的因素包括：入射光功率,、光纖的傳輸損耗,、各端面的反射等。外界環(huán)境的擾動(dòng)會(huì)影響輸出信號(hào)的強(qiáng)度,，但是對(duì)零級(jí)干涉條紋的位置不會(huì)產(chǎn)生影響,。崇明區(qū)有哪些膜厚儀