精确测量薄膜厚度的方法
椭偏仪测量薄膜厚度与折射率
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率 近代科学技术中对各种薄膜的研究和应用日益广泛。因此，能够更加迅速和精确地测量薄膜的光学参数例如厚度和折射率已变得非常迫切。 在实际工作中可以利用各种传统的方法来测定薄膜的光学参数，如布儒斯特角法测介质膜的折射率，干涉法测膜。另外，还有称重法、X 射线法、电容法、椭偏法等等。其中，椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。因为椭偏法具有测量精度高，灵敏度高，非破坏性等优点，已广泛用于各种薄膜的光学参数测量，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃（或镀膜）、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。 实验目的 了解椭圆偏振测量的基本原理，并掌握一些偏振光学实验技术。 实验原理 光是一种电磁波，是横波。电场强度E 、磁场强度H 和光的传播方向构成一个右旋的正交三矢族。光矢量存在着各种方位值。与光的强度、频率、位相等参量一样，偏振态也是光的基本量之一。 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n 1、n 2、n 3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉。 这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中222cos /dn δπφλ=，用r 1p 、 r 1s 表示光线的p 分量、s 分量在界面1、2间的反射系数， 用r 2p 、r 2s 表示光线的p 分量、s 分量在界面2、3间的反射系数。 由多光束干涉的复振幅计算可知： 2122121i p p rp ip i p p r r e E E r r e ?δ --+= + (1) 2122121i s s rs is i s s r r e E E r r e ? δ --+=+ (2) 其中E ip 和E is 分别代表入射光波电矢量的p 分量和s 分量，E rp 和E rs 分别代表反射光波电矢量的p 分量和s 分量。现将上述E ip 、E is 、E rp 、E rs 四个量写成一个量G ，即：
实验三 干涉显微镜测量薄膜厚度
实验三干涉显微镜测量薄膜厚度 一、实验目的 1． 掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法； 2． 用干涉显微镜测量薄膜厚度。 二、实验说明 2.1 实验原理 把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图： 若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。条纹间的距离l ，随劈尖的夹角而变化，越小，l 越大。 在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长()，则干涉条纹移动一个条纹间距。故待测样品表面若存在局部不平, 结果会导致干涉条纹发生弯曲, 条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映, 只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。根据这一原理, 可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度. 设M 1、M 2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。若表面M 2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。沟槽的深度h 由式（4—1）决定。 （4—1） θθ2λe H h ?= 2λ 图 1 劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状
式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距。若用白光照明，e 是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离。这时λ取540nm （绿光λ=0.53μm=5300?）。若被测件的部分表面镀有厚度为h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e 和因镀膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。如图3所示。 2.26JA 型干涉显微镜的光学系统及构造 2.2.1 6JA 型干涉显微镜的光学系统 本实验用的是6JA 型干涉显微镜, 其光学系统如图1所示, 属于双光束干涉系统。光源1发出的光经聚光镜2投射到孔径光阑4平面上, 视场光阑5不在照明物镜6的前焦面上, 光经分光板7, 被分成两部分: 一部分反射, 另一部分透射. 被反射的光经物镜8射向标准反射镜M1, 再由M1 反射, 射向目镜14; 而从分光板上透射的光线通过补偿板9、物镜10射向工件表面M2, 再由M2反射, 射向目镜14. 在目镜分划板13上两束光产生干涉. 从目镜中可以观察到干涉条纹. 若样品表面平滑,则干涉条纹是平直的. 图五 6JA 型干涉显微镜构造 11a 5b 5a 105 131113 2 2a 2b 2c 14897a 44a 3 15 8 7 16 1b 1c 图4 6JA 型干涉显微镜光学系统 1-光源 2-聚光镜 3,11,15-反光镜 4-孔径光阑 5-视场光阑 6-照明物镜 7-分光板 8,10-物镜 9-补偿板 12-转向棱镜 13-分划板 14-目镜 16-摄影物镜
ZnO薄膜的主要性质
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 ZnO 薄膜的主要性质 于激子带边发射,绿光发射则与ZnO 表层中以O 空位为主的深能级有关。ZnO 在可见光波段的吸收和发射光谱可参见文献。 电学性质未掺杂ZnO 薄膜室温载流子浓度主要取决于充当浅施主的间隙Zn 原子浓度。ZnO 薄膜的p 型掺杂是个备受关注的课题。Y.R.Ryu 等人用PLD 法 在GaAs 衬底上掺杂As 制得p-ZnO,受主浓度为1017~1021cm-3,紧束缚带边发射峰分别在3.32 eV 和3.36 eV[17]。M. Joseph 等人在400℃下用PLD 法进行Ga、N 共掺杂实现p 型转变,以ZnO(ω(Ga2O3)=5%)为靶材,N2O 为N 源, 进行电子回旋共振活化,p-ZnO 室温电阻率为0.5 Ω-cm,受主浓度为4 乘以1019 cm-3。T.Aoki 用准分子激光掺杂技术获得p-ZnO。 ZnO 薄膜的电学特性与制备方法及后续工艺条件有直接的依赖关系。电子束 蒸发制备的Al 掺杂ZnO 薄膜的电子浓度在1019~1021cm-3,室温电阻率为10-4 Ω-cm。溅射法制备AZO 薄膜的电学特性与溅射功率有很大关系。溅射 功率越大,薄膜的质量越好,这主要是因为溅射功率的提高有助于薄膜缺陷的减少, 增大晶粒尺寸,晶界的散射作用减轻,增大了载流子的平均自由程,从而使迁移率增大,薄膜的薄层电阻降低。反应溅射过程中,氧分压太低,薄膜的缺陷密度较高;氧 分压太高,薄膜的电阻率上升很快,通常在1~2mPa 比较合适。同样掺杂情况 下,ZnO 的施主浓度和受主浓度低于GaN,并且ZnO 的杂质、点缺陷以及位错的 浓度也低于GaN。ZnO 主要有导带底以下30meV、60meV 和340meV 三个施主能级。间隙Zn 原子是主要的浅施主,Vo 是深能级施主。总之,在点缺陷和位错浓 度低的情况下,ZnO 薄膜有较好的电学性质。
薄膜种类及特性
第一章：薄膜种类及特性 一、PP（聚丙烯薄膜） 1、BOPP（双向拉伸聚丙烯薄膜） 特性如下： 1)BOPP薄膜无色、无嗅、无味、无毒、卫生性能好、密度在0.92g/cm2 。 2)BOPP薄膜刚性好，具有强韧性、透明度和光泽性。 3)BOPP薄膜拉伸强度高、抗冲击强度好、但抗撕裂强度低。因此，两端不能留任 何切口，否则在印刷复合时容易撕裂。 4)BOPP薄膜表面能低，涂胶或者印刷前需要进行电晕处理，有很好的印刷适应性， 但有一定期限，过期后表面能也不好。 5)BOPP薄膜耐热性高，使用温度可达120℃，是通用塑料中最耐温的。 6)BOPP薄膜化学稳定性好，除强酸对它有腐蚀作用外，不溶于其他溶剂。 7)BOPP薄膜阻水性极佳，是阻水防潮最佳材料之一，吸水率<0.01%，但阻氧率极 差。 8)BOPP薄膜也有不足，如积累静电，没有热封性等。在高速运转的的生产线上需 安装静电去除器。 2、消光BOPP 消光BOPP的表层设计为消光（粗化）层，是外观的质感试于纸张。消光BOPP 与BOPP薄膜相比有以下特点： 1)消光层有遮光作用，表面光泽度也就大大的减少。 2)必要时消光层可有热封性。 3)消光层滑爽性好，因表面粗化具有防粘性，膜卷不易粘结。 4)消光层的拉伸强度比通用的薄膜低。 二、CPP薄膜 CPP薄膜即流延聚丙烯薄膜，是一种无拉伸、非定向聚丙烯薄膜。按原料分为均聚CPP和共聚CPP，按作用分为通用CPP，镀铝(VMCPP），蒸煮CPP(RCPP)等。特性如下： 1)CPP薄膜透明度高、平整度高，但耐油性不是很好。
2)CPP薄膜耐温性好，但易变形，可具有热封性，不易反粘。 3)CPP薄膜手感好、遮光、具有一定挺刮度，不失柔韧性，热封性好。 4)CPP薄膜防湿防潮、阻氧性都很好。 5)CPP薄膜无毒、无味、无嗅、卫生性能好，密度在0.92g/cm2。 三、BOPET薄膜 双向拉伸聚酯薄膜（BOPET,简称聚酯）是PET树脂在模挤后再双向拉伸缩制得。特性如下： 1)突出的强韧性，抗拉强度非常高，拉伸强度时NY的3倍，抗冲击强度时BOPP 薄膜的3--5倍，有极好的耐磨性，耐折叠型，耐针孔性，抗撕裂性好，刚性好，挺性好，延展性好，印刷时易操作。 2)BOPET薄膜还具有良好的耐热性，耐煮性，耐低温冷冻，适用温度范围宽，尅在 -70℃～150℃之间长期使用。机械性能在低温和高温依然保持，适合大多数产品包装。 3)优良的阻氧阻水性能，不像NY受影响大，但是也不及聚乙烯和聚丙烯。透气系数 极小，对空气和气味的阻隔性极高，也是保香材料之一。 4)良好的耐油性和耐化学性，耐大多数溶剂，耐稀酸。 5)无色、无味、无嗅、卫生性能好 6)光学性好、透明度高、光泽性高、装饰性好 7)带静电高、印刷时需除静电 四、PE（聚乙烯薄膜） LDPE薄膜一般为LDPE吹塑膜，其基本特性： 1)LDPE薄膜密度较低，一般为0.915--0.925g/cm3，可浮于水上。 2)LDPE薄膜透明性好，有一定光泽。 3)LDPE薄膜机械强度较低，良好的柔软性延伸率高，表面硬度低。 4)LDPE薄膜耐低温，催化温度为70℃，低温有良好的冲击性。 5)LDPE薄膜吸水率低，防水防潮好，但透气性大，保香性差。 6)LDPE薄膜化学性良好，耐各种浓度的盐酸，50%以下的硫酸，40%以下的硝酸。 耐碱性好，60℃以下耐一般有机溶剂。
塑料薄膜基本知识
第一部分软包装材料之---塑料薄膜基本知识 一、软包装之薄膜的定义 在国家包装通用术语（GB4122—83）中，软包装的定义为：软包装是指在充填或取出内装物后，容器形状可发生变化的包装。用纸、铝箔、纤维、塑料薄膜以及它们的复合物所制成的各种袋、盒、套、包封等均为软包装。 一般将厚度在0.25mm以下的片状塑料称为薄膜。塑料薄膜透明、柔韧，具有良好的耐水性、防潮性和阻气性、机械强度较好，化学性质稳定，耐油脂，易于印刷精美图文，可以热封制袋。它能满足各种物品的包装要求，是用于包装易存、易放的方便食品，生活用品，超级市场的小包装商品的理想材料。以塑料薄膜为主的软包装印刷在包装印刷中占有重要地位。据统计，从1980年以来，世界上一些先进国家的塑料包装占整个包装印刷的32.5%～44%。 一般来说，因为单一薄膜材料对内装物的保护性不够理想，所以多采用将两种以上的薄膜复合为一层的复合薄膜，以满足食品保鲜、无菌包装技术的要求。复合薄膜的外层材料多选用不易划伤、磨毛，光学性能优良，印刷性能良好的材科，如：纸、玻璃纸、拉伸聚丙烯、聚酯等；中间层是阻隔性聚合物，如：铝箔、蒸镀铝、聚俯二氮乙烯电里层材料多选用无毒、无味的聚乙烯等热塑性树脂。 二、塑料阻透性技术介绍 1、塑料的阻透性？ 塑料制品（容器、薄膜）对小分子气体、液体、水蒸汽及气味的屏蔽能力。 2、透过系数？ 塑料阻透能力大小的指标。 定义： 一定厚度（1mm）的塑料制品，在一定的压力（1Mpa），一定的温度（23度），一定的湿度（65%）下，单位时间（1day=24小时），单位面积（1m2），通过小分子物质（O2、CO2、H2O）的体积或重量。表示为（cm3）、（g） 对于气体： 单位为cm3，mm/m2，d，mpa； 对于液体： 单位为 g，mm/m2，d，mpa； 3、常用中高阻透性塑料的透过系数
台阶仪测试薄膜厚度实验
东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名班级学号实验日期2014.9.5 批改教师 课程名称电子信息材料专业方向大型实验批改日期 实验名称台阶仪测试薄膜厚度实验报告成绩 一、实验目的： 掌握测试薄膜厚度原理和方法，了解台阶仪操作技术。 二、实验原理： LVDT是线性差动变压器的缩写，为机电转换器的一种。利用细探针扫描样品表面，当检测到一个高度差别则探针做上下起伏之变化，此变化在仪器内部的螺旋管先圈内造成磁通量的变化，再有内部电子电路转换成电压讯号，进而求出膜厚。LVDT线性位置感应器，可测量的位移量小到几万分之一英寸至几英寸。 LVDT的工作原理是由振荡器产生一高频的参考电磁场，并内建一支可动的铁磁主轴以及两组感应线圈，当主轴移动造成强度改变由感应线圈感应出两电压值，相比较后即可推算出移动量。三、实验步骤： （1）开机准备 （2）放置样品 （3）参数设置 （4）扫描结果分析 （5）数据保存 四、实验内容： Si基底上沉积金属Cr薄膜的厚度的测量 五、实验结果与分析： 样品：硅片上镀铬薄膜； 实验参数：长度1000μm；持续时间40s；针压力3mg；表面轮廓是Hills and Valleys.
由实验曲线及数据，可得薄膜厚度约为（868.8-617.0）=251.8μm。 六、思考题： 1、对于用台阶仪对非完美薄膜的厚度测量，Step Hight的M和R Cursor点 的选择？ 两个点分别选在图线中的拐点处，这样倾斜的曲线会水平，比较容易得到薄膜的厚度 2、怎么样才能得到一个比较shape的台阶？ 在制备时在衬底上覆盖一个形状规则比如长方形的陪片，且覆盖片要尽量薄，边缘应整齐，这样产生的台阶才会陡峭，方便测量
薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法
薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法 项目完成单位：国家建筑材料测试中心 项目完成人：刘元新 鲍亚楠 孙宏娟 王廷籍 摘 要 本文提出薄膜厚度和消光系数的标准曲线测量法，论述了方法的测量原理和测量程序。该法的膜厚的测量范围为~80nm 到2000nm ；膜厚的测量误差大约为13nm 。 关键词 薄膜、厚度、消光 自洁净玻璃的自洁净性能、低幅射玻璃的低幅射性能都与其膜层的厚度、折射率和消光系数有着密切的关系[1]。近代微电子学装置，如成像传感器、太阳能电池、薄膜器件等都需要这些参数[2] 。这些参数的数据是薄膜材料、薄膜器件设计的必不可少的基础性数据。 通常都是单独测量这些参数，薄膜厚度用原子力显微镜、石英震荡器、台阶仪、椭偏仪、干涉法来测量。薄膜折射率的测量就比较麻烦，因为它是波长的函数，它可以用基于干涉、反射原理的方法测量。从薄膜的吸收谱就可测量其消光系数。显然，取得这些数据是很麻烦、很费时、成本也很高，特别是对于纳米级薄膜。 2000年，美国Princeton 等大学提出[2] ，从物理角度建立透射光谱模型，调整模型中的未知的参数，即薄膜厚度、折射率、消光系数，使透射光谱的理论曲线同实验曲线重合，这就同时取得薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。他们用这种方法同时测量了“玻璃-薄膜” 系统的薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。显然，这是取得这些数据的简便、快速、低成本的方法，是这领域的一个发展趋势。 镀膜玻璃的透射光谱既包含玻璃参数的信息，也包含薄膜参数的信息，如果能从中解析出薄膜参数的信息，也就得到了薄膜参数的测量值，这就是透过光谱法测量薄膜参数的基本思路。本文基于这个基本思路提出测量薄膜参数的另一方法，姑且称为标准曲线法，方法的原理是基于这样的实验现象，即薄膜的吸收越强，镀膜玻璃的透过率越低；在薄膜吸收的光谱区内，薄膜越厚，镀膜玻璃的透过率也越低；这就是说，镀膜玻璃在指定波长处的透过率T 是薄膜厚度t 和薄膜消光系数 的函数， ),,(λκt T T = 但镀膜玻璃透过率和薄膜参数有什么函数关系？这就是本文要研究的问题。知道这函数关系之后，如何利用这函数关系测量薄膜参数？这也是本文要研究的问题。
椭偏仪测折射率和薄膜厚度
物理实验报告 实验名称：椭偏仪测折射率和薄膜厚度 学院：xx 学院专业班级：xxx 学号：xxx 学生姓名：xxx 实验成绩 预习题（一空一分，共10 分） 1.（单选题）起偏器和检偏器的刻度范围为多少？（B） A.0 ° ~180° B.0 ° ~360° 2.（单选题）黑色反光镜在仪器调整中起什么作用？
实验预习题成绩： （B） A. 确定起偏器的方位 B. 确定检偏器的方位 C.确定波片的方位 3.（单选题）在椭偏仪实验中坐标系是选在待测薄膜的（B）上。 A 入射面 B 表面 4.（单选题）椭偏仪的数据处理方法有三种，即查图法、查表 法、迭代法解非线性超越方程，本实验中使用（B） A 查图法 B 查表法 5.（填空题））调整椭偏仪光路的步骤是，首先使激光光线与分光计仪器主轴垂直，并通过载物台中心，然后确定（C）的0 刻度位置，这要利用（A）的布鲁斯特角特性，然后再确定（B）0 刻度位置，最后调整1/4 波片，使其快轴与（C）成± 45° 选择答案： A 黑色反光镜 B 检偏器 C 起偏器
6.（填空题）将起偏器套在平行光管上，使0°位置朝上，从载物台上取下黑色反射镜，将检偏器管转到共轴位置，整体调节起偏器使检流计（A），固定起偏器螺钉。此时起偏器与检偏器通光方向（C）。选择答案： A 光强最小 B 光强最大 C 平行 D 垂直
原始数据记录 成绩： 1/4 玻片起偏器角度检偏器角度+45°（＞ 90°）103.4 91.7 +45°（＜ 90°）21.2 51.6 -45 °（＞ 90°）106.5 98.6 -45 °（＜ 90°）21.2 51.6 薄膜厚度： 110.0000 折射率： 1.4800
薄膜厚度的测量
薄膜厚度的测量 ——台阶仪安装操作说明 一、台阶仪的安装 1、硬件的安装 1）打开电脑机箱盖，将台阶仪自带的电视卡插入PCI扩展槽，插好后将电脑机箱盖合上; 2)接上台阶仪电源线，将台阶仪上的USB线和视频线与电脑箱连接； 2、软件的安装 1）打开电脑机箱和显示器，将台阶仪自带的光盘插入电脑光驱； 2）将光盘上所有的内容都复制到电脑C盘根目录下； 3）安装光盘中的两个驱动程序，安装完成后重启计算机; 4）计算机重启后将拷入C盘中的注册表文件导入，导入成功后将台阶仪操作软件图标发送到桌面； 二、台阶仪的操作 1、台阶仪的标定 1）打开电脑机箱和显示器，打开台阶仪电源，等待10秒后将电脑桌面上的操作软件打开，几秒后自动弹出两个对话框，点击确认后进入操作界面； 2）拿出标定用的标准样品，拿出样品后立即合上盒盖，防止灰尘进入；
3）打开台阶仪保护盖，将标准样品贴紧样品台滑到台中央； 4）调节样品台位置，使标样在探针正下方； 5）点击操作软件上的“Setup”按键，设置扫描参数，将Speed设置为0.07mm/sec，Length设置为0.6mm，Range设置为10microns，Stylus Force设置为1mg，Filter Level设置为4，点击OK进行确认； 6）点击Engage，观察标准样品与探针所处的位置，如果样品台阶中央不在探针下方，点击Z+将探针升高，通过调节样品台使标准样品处于探针的正下方，合上保护盖，点击Engage，继续观察标准样品与探针的位置，如此反复操作，直到标准样品的台阶在探针的正下方；7）点击Scan，并点击确认扫描对话框，台阶仪自动进行扫描，扫描结束后，探针自动复位，测出的数据会自动弹出来； 8）用鼠标引动R,M光标，（R为参照光标，M为测量光标）到台阶的两侧，点击Level Date将台阶的曲线调平； 9）在曲线图窗口中点击鼠标右键，选择Size Cursors，将R,M光标线进行展开到适合宽度，然后点击鼠标右键将M光标移动到台阶上，窗口的右上角就会显示出台阶的平均高度； 10）重复7-9的步骤，反复测量几次，带测量数据稳定后，在曲线图窗口点击右键，选择Calibrate Height，在弹出的对话框中填写1063?，点击确定； 11）重复7-9的步骤，将测量出的台阶数据和标准样品给出的数据对比，一般来说只有几个?的差别； 12）台阶仪标定完成；
薄膜物理与技术
第一章真空技术基础 1、膜的定义及分类。 答：当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时，我们将这样的固体或液体称为膜。通常，膜可分为两类： （1）厚度大于1mm的膜，称为厚膜； （2）厚度小于1mm的膜，称为薄膜。 2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种？ 答：（1）宇宙空间所存在的真空，称之为“自然真空”；（2）人们用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空，称之为“人为真空”。 3、何为真空、绝对真空及相对真空？ 答：不论哪一种类型上的真空，只要在给定空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，均称之为真空。完全没有气体的空间状态称为绝对真空。目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强下，每立方厘米体积中仍有几百个气体分子。因此，平时我们所说的真空均指相对真空状态。 4、毫米汞柱和托？ 答：“毫米汞柱（mmHg）”是人类使用最早、最广泛的压强单位，它是通过直接度量长度来获得真空的大小。1958 年，为了纪念托里拆利，用“托（Torr）”，代替了毫米汞柱。1 托就是指在标准状态下，1 毫米汞柱对单位面积上的压力，表示为1Torr=1mmHg。 5、真空区域是如何划分的？ 答：为了研究真空和实际使用方便，常常根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为以下几个区域：（1）粗真空：l′105 ~ l′102 Pa，（2）低真空：l′102 ~ 1′10-1Pa，（3）高真空：l′10-1 ~ 1′10-6Pa和（4）超高真空：< 1′10-6Pa。 6、真空各区域的气体分子运动规律。 答：（1）粗真空下，气态空间近似为大气状态，分子仍以热运动为主，分子之间碰撞十分频繁；（2）低真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子状态过渡，气体分子间和分子和器壁间的碰撞次数差不多；（3）高真空时，气体分子的流动已为分子流，气体分子和容器壁之间的碰撞为主，而且碰撞次数大大减少，在高真空下蒸发的材料，其粒子将沿直线飞行；（4）在超高真空时，气体的分子数目更少，几乎不存在分子间的碰撞，分子和器壁的碰撞机会也更少了。 7、何为气体的吸附现象？可分几类、各有何特点？ 答：气体吸附就是固体表面捕获气体分子的现象，吸附分为物理吸附和化学吸附。 （1）物理吸附没有选择性，任何气体在固体表面均可发生，主要靠分子间的相互吸引力引起的。物理吸附的气体容易发生脱附，而且这种吸附只在低温下有效；（2）化学吸附则发生在较高的温度下，和化学反应相似，气体不易脱附，但只有当气体中的原子和固体表面原子接触并形成化合键时才能产生吸附作用。 8、何为气体的脱附现象？ 答：气体的脱附是气体吸附的逆过程。通常把吸附在固体表面的气体分子从固体表面被释放出来的过程叫做气体的脱附。 9、何为电吸收和化学清除现象？ 答：电吸收是指气体分子经电离后形成正离子，正离子具有比中性气体分子更强的化学活泼性，因此常常和固体分子形成物理或化学吸附；化学清除现象常在活泼金属（如钡、铁等）固体材料的真空蒸发时出现，这些蒸发的固体材料将和非惰性气体分子生成化合物，从而产生化学吸附。 10、影响气体在固体表面吸附和脱附的主要因素
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率 □实验背景介绍 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 □实验原理 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1) 图(1-1) 这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中δ=2πdn2cosφ2/λ ，用r1p、r1s 表示光线的p分量、s分量在界面1、2间的反射系数，用r2p 、r2s表示光线的p分、s分量在界面2、3间的反射系数。由多光束干涉的复振幅计算可知：其中Eip和Eis 分别代表入射光波电矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。现将上述Eip、Eis 、Erp、Ers四个量写成一个量G，即： 我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出： G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2 、φ3可用φ1表示) ，即ψ=tg-1f，Δ=arg| f |，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程： [tgψe iΔ]的实数部分= 的实数部分 [tgψe iΔ]的虚数部分= 的虚数部分 若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d (n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系： 由上式经计算机运算，可制作数表或计算程序。这就是椭偏仪测量薄膜的基本原理。若d是已知，n2为复数的话，也可求出n2的实部和虚部。那么，在实验中是如何测定ψ和Δ的呢？现用复数形式表示入射光和反射光：
薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法
262 薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法 项目完成单位：国家建筑材料测试中心 项目完成人：刘元新 鲍亚楠 孙宏娟 王廷籍 摘 要 本文提出薄膜厚度和消光系数的标准曲线测量法，论述了方法的测量原理和测量程序。该法的膜厚的测量范围为~80nm 到2000nm ；膜厚的测量误差大约为±13nm 。 关键词 薄膜、厚度、消光 自洁净玻璃的自洁净性能、低幅射玻璃的低幅射性能都与其膜层的厚度、折射率和消光系数有着密切的关系[1]。近代微电子学装置，如成像传感器、太阳能电池、薄膜器件等都需要这些参数[2] 。这些参数的数据是薄膜材料、薄膜器件设计的必不可少的基础性数据。 通常都是单独测量这些参数，薄膜厚度用原子力显微镜、石英震荡器、台阶仪、椭偏仪、干涉法来测量。薄膜折射率的测量就比较麻烦，因为它是波长的函数，它可以用基于干涉、反射原理的方法测量。从薄膜的吸收谱就可测量其消光系数。显然，取得这些数据是很麻烦、很费时、成本也很高，特别是对于纳米级薄膜。 2000年，美国Princeton 等大学提出[2] ，从物理角度建立透射光谱模型，调整模型中的未知的参数，即薄膜厚度、折射率、消光系数，使透射光谱的理论曲线同实验曲线重合，这就同时取得薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。他们用这种方法同时测量了“玻璃-薄膜” 系统的薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。显然，这是取得这些数据的简便、快速、低成本的方法，是这领域的一个发展趋势。 镀膜玻璃的透射光谱既包含玻璃参数的信息，也包含薄膜参数的信息，如果能从中解析出薄膜参数的信息，也就得到了薄膜参数的测量值，这就是透过光谱法测量薄膜参数的基本思路。本文基于这个基本思路提出测量薄膜参数的另一方法，姑且称为标准曲线法，方法的原理是基于这样的实验现象，即薄膜的吸收越强，镀膜玻璃的透过率越低；在薄膜吸收的光谱区内，薄膜越厚，镀膜玻璃的透过率也越低；这就是说，镀膜玻璃在指定波长λ处的透过率T 是薄膜厚度t 和薄膜消光系数κ的函数， ),,(λκt T T = 但镀膜玻璃透过率和薄膜参数有什么函数关系？这就是本文要研究的问题。知道这函数关系之后，如何利用这函数关系测量薄膜参数？这也是本文要研究的问题。
薄膜物理与技术课程教学大纲
薄膜物理与技术课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：薄膜物理与技术 所属专业：电子器件与材料工程 课程性质：必修课 学分：3 （二）课程简介、目标与任务； 本课程讲授薄膜的形成机制和原理、薄膜结构和缺陷、薄膜各项物理性能和分析方法等物理内容；讲授薄膜各种制备技术。通过本课程学习，使学生具备从事电子薄膜、光学薄膜、以及各种功能薄膜研究与开发的能力 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 《量子力学》、《热力学与统计物理》、《固体物理》、《电子技术》、《电路分析》等。 （四）教材与主要参考书。 教材：杨邦朝，王文生. 《薄膜物理与技术》，成都：电子科技大学出版社，1994 主要参考书：1.陈国平.《薄膜物理与技术》，东南大学出版社，1993 2.田民波，薄膜技术与薄膜材料，清华大学出版社，2006-8 二、课程内容与安排 本课程全部为课堂讲授。重点：真空的获得和真空测量的工作原理；物理气相沉积和化学气相沉积的原理及方法；薄膜生长的机理。 难点：磁控溅射的机理及控制；MOCVD技术；薄膜形成过程的机理 （一）绪论2学时 1、薄膜的概念和历史 2、薄膜材料与薄膜技术的发展 3、薄膜科学是边缘交叉学科 4、薄膜产业是腾飞的高科技产业
（二）真空技术基础2学时 1、真空的基本知识 2、真空的获得 3、真空的测量 （三）真空蒸发镀膜4学时 1、真空蒸发原理 2、蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 3、蒸发源的类型 4、合金及化合物的蒸发 5、膜厚和淀积速率的测量与控制 （四）溅射镀膜4学时 1、溅射镀膜的特点 2、溅射的基本原理 3、溅射镀膜类型 4、溅射镀膜的厚度均匀性 （五）离子镀膜2学时 1、离子镀原理 2、离子镀的特点 3、离子轰击的作用 4、离子镀的类型 （六）化学气相沉积镀膜4学时 1、化学气相沉积的基本原理 2、化学气相沉积的特点 3、化学气相沉积方法简介 4、低压化学气相沉积 5、等离子体化学气相沉积 6、其他化学气相沉积 （七）溶液镀膜法2学时 1、化学反应沉积 2、阳极氧化法
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率 【引言】 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 【实验目的】 掌握椭偏仪的原理与操作方法； 学会利用椭偏仪进行相关物理量的测量。 【实验仪器】 椭偏仪、待测样品、电脑 WJZ－II椭偏仪结构如图1所示： 1、半导体激光器 2、平行光管 3、起偏器读数头（与6可换用） 4、1/4波片读数头 5、氧化锆标准样板 6、检偏器读数头 7、望远镜筒 8、半反目镜 9、光电探头 10、信号线 11、分光计 12、数字式检流计 图 1 半导体激光器出厂时已调好，应满足以下二点： （1）激光光斑在距激光器约45cm处最小，如发现偏离较远，可将激光器从其座中取出，调节其前端的会聚透镜即可。
（2） 激光与平行光管共轴，如发现已破坏，请按第8页“光路调整”中所 述方法进行调整，一旦调好，轻易不要将其破坏。 主要技术性能及规格 1. 测量透明薄膜厚度范围0－300nm ，折射率1.30－ 2.49。 2. 起偏器、检偏器、1/4波片刻度范围0°-360°，游标读数0.1°。 3. 测量精度：±2nm 。 4. 入射角ψ1＝70°，K9玻璃折射率n ＝1.515。 5. 消光系数：0，空气折射率1。 6. *JGQ －250氦氖激光器波长λ＝632.8nm （用软件处理数据时，该波长值已 内嵌，无须输入）。 *半导体激光器波长λ＝635nm （用软件处理数据时，该波长值未内嵌，须输入，并需重新设置消光系数“0”） 7. 椭圆偏振仪的简介： 随着科学和技术的快速发展，椭偏仪的光路调节和测量数据的处理越来越完 善快捷。这里介绍常用的手动型椭圆偏振测厚仪（TP-77型）和自动型椭圆偏振测厚仪(SGC-2型)。手动型椭圆偏振仪采用632.8nm 波长的氦氖激光器作为单色光源，入射角和反射角均可在90度内自由调节，样品台可绕纵轴转动，其高度和水平可以调节，样平台可绕纵轴转动，其高度和水平可以调节。检偏器旁边有一个观察窗，窗下的旋钮用以改变经检偏器出射的光或者射向光电倍增管。为了保护光电倍增管，该旋钮的位置应该经常放在观察窗位置。SGC-2型自动椭偏仪，其自动化程度高，光路调试完毕后只要装上待测样品，点击计算机上的相应菜单，输入相应的参数，即可自动完成起偏器，检偏器的调节，找出消光点，并直接给出待测样品的d 和2n 的值。该仪器也有会出），（?ψ~），（2n d 曲线和），（?ψ~），（2n d 表格的功能，测出ψ和?值后，可在曲线上或表中查出对应的最佳的2n 和d 值。仪器还适用于测量厚度超过一个周期以上的薄膜样品。测量方法是利用“双角度”功能，设置好二次测量的角度，点击菜单，就可以得出样品的周期数以及样品的总厚度值。对于厚度超过一个周期的薄膜，相应的光程差引起的相位差超过了一个周期360度，这时所得的δ数据应该加上对应的周期数，在计算d 的值。 【实验原理】 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究光在两媒质界面发生的现象及介质特性的一 种光学方法，其原理是利用偏振光在界面反射或透射时发生的偏振态的改变。 椭圆偏振测量的应用范围很广，如研究半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等光学性质，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 光学材料镀上各向同性的单层介质膜后，介质层的折射率为n1、n2、n3， φ1为入射角，则在1、2介质交界面1和2、3介质交界面2会产生反射光和折射光的多光束干涉，如下图：
塑料薄膜的基本知识
第一部分软包装材料之-－－塑料薄膜基本知识 一、软包装之薄膜的定义 在国家包装通用术语（GB412２—83)中，软包装的定义为:软包装是指在充填或取出内装物后，容器形状可发生变化的包装。用纸、铝箔、纤维、塑料薄膜以及它们的复合物所制成的各种袋、盒、套、包封等均为软包装。 一般将厚度在０.25mm以下的片状塑料称为薄膜。塑料薄膜透明、柔韧,具有良好的耐水性、防潮性和阻气性、机械强度较好，化学性质稳定，耐油脂,易于印刷精美图文,可以热封制袋。它能满足各种物品的包装要求,是用于包装易存、易放的方便食品，生活用品，超级市场的小包装商品的理想材料。以塑料薄膜为主的软包装印刷在包装印刷中占有重要地位。据统计,从1980年以来,世界上一些先进国家的塑料包装占整个包装印刷的３２.5%~44%。?一般来说,因为单一薄膜材料对内装物的保护性不够理想，所以多采用将两种以上的薄膜复合为一层的复合薄膜,以满足食品保鲜、无菌包装技术的要求。复合薄膜的外层材料多选用不易划伤、磨毛,光学性能优良,印刷性能良好的材科,如：纸、玻璃纸、拉伸聚丙烯、聚酯等；中间层是阻隔性聚合物，如:铝箔、蒸镀铝、聚俯二氮乙烯电里层材料多选用无毒、无味的聚乙烯等热塑性树脂。 二、塑料阻透性技术介绍 1、塑料的阻透性? 塑料制品（容器、薄膜）对小分子气体、液体、水蒸汽及气味的屏蔽能力。 2、透过系数？ 塑料阻透能力大小的指标。 定义： 一定厚度（１mm)的塑料制品，在一定的压力（1Mpa），一定的温度（23度)，一定的湿度（6５%）下,单位时间（1day＝２４小时)，单位面积(1m2)，通过小分子物质（Ｏ2、CO2、Ｈ2O)的体积或重量。表示为（ｃｍ３)、(g) 对于气体： 单位为cm３,mm/ｍ2,d，mｐa； 对于液体: 单位为ｇ，ｍm/ｍ2,d，mpa; 3、常用中高阻透性塑料的透过系数
薄膜厚度检测原理及系统
薄膜厚度检测原理及系统 摘要：本文对目前常用的薄膜厚度光学测量方法进行了深入的研究和讨论，总结并归纳了每一种测量方法的优缺点、以及使用条件。基于原子力显微镜的薄膜厚度检测系统，该系统得到薄膜厚度，能够精确测量各种不同性质的薄膜的厚度。关键词：薄膜厚度；测量；原子力显微镜 Abstract: In this paper, the advantage and disadvantage, usable condition of many usually used optical measurement methods of thin film thickness which are analyzed and discussed in detail ,are been summarized. A measuring system of film thickness based on atomic force microscope has been developed, based on this system could measure the thickness of various films. Key words：film thickness ; measurement; AFM 1引言 随着科技的发展以及精密仪器等技术的迅速发展，薄膜技术的应用变得更为广泛，不仅在光学领域，也被广泛地应用于微电子技术、通讯、宇航工程等各种不同的领域。薄膜的厚度很大程度上决定了薄膜的力学性能，电磁性能，光电性能和光学性能，薄膜厚度又是薄膜设计和工艺制造的关键参数之一，为了制备出合乎要求的薄膜也离不开高精度的薄膜厚度检测，因此薄膜厚度的测量一直是人们密切关注和不断研究改进的课题。 在众多类检测方法当中，由于光学检测方法具有非接触性、高灵敏度性、高精度性、快速、准确、不损伤薄膜等优点，成为目前被应用最广泛的方法。在对薄膜厚度检测的理论中，按照测量方法所依据的光学原理进行分类，可分为干涉、衍射、透射、反射、偏振等方法，也可根据光源分为激光测量和白光测量[1]。目前，光谱法、椭圆偏振法和干涉法是人们讨论最多和应用最广泛的测量方法。随着光学薄膜的材料和制备技术的不断提高，传统的薄膜厚度的测量方法己经不能
椭偏仪测薄膜参数实验讲义
实验十四 椭圆偏振仪测量薄膜厚度和折射率 在近代科学技术的许多部门中对各种薄膜的研究和应用日益广泛．因此，更加精确和迅速地测定一给定薄膜的光学参数已变得更加迫切和重要．在实际工作中虽然可以利用各种传统的方法测定光学参数（如布儒斯特角法测介质膜的折射率、干涉法测膜厚等），但椭圆偏振法（简称椭偏法）具有独特的优点，是一种较灵敏（可探测生长中的薄膜小于0.1nm 的厚度变化）、精度较高（比一般的干涉法高一至二个数量级）、并且是非破坏性测量．是一种先进的测量薄膜纳米级厚度的方法．它能同时测定膜的厚度和折射率（以及吸收系数）．因而，目前椭圆偏振法测量已在光学、半导体、生物、医学等诸方面得到较为广泛的应用．这个方法的原理几十年前就已被提出，但由于计算过程太复杂，一般很难直接从测量值求得方程的解析解．直到广泛应用计算机以后，才使该方法具有了新的活力．目前，该方法的应用仍处在不断的发展中． 实 验目 的 (1) 了解椭圆偏振法测量薄膜参数的基本原理； (2) 初步掌握椭圆偏振仪的使用方法，并对薄膜厚度和折射率进行测量． 实 验原 理 椭偏法测量的基本思路是，起偏器产生的线偏振光经取向一定的１/４波片后成为特殊的椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被待测样品表面反射出来的将是线偏振光．根据偏振光在反射前后的偏振状态变化，包括振幅和相位的变化，便可以确定样品表面的许多光学特性． 图1 光在薄膜中的多次反射和折射情况 图1所示为一光学均匀和各向同性的单层介质膜．它有两个平行的界面，通常，上部是折射率为n 1的空气(或真空)．中间是一层厚度为d 折射率为n 2的介质薄膜，下层是折射率为n 3的衬底，介质薄膜均匀地附在衬底上，当一束光射到膜面上时，在界面1和界面2上形成多次反射和折射，并且各反射光和折射光分别产生多光束干涉．其干涉结果反映了膜的光学特性． 设φ1表示光的入射角，φ2和φ3分别为在界面1和2上的折射角．根据折射定律有 n 1sin φ1=n 2sin φ2＝n 3sin φ 3 （1） 光波的电矢量可以分解成在入射面内振动的P 分量和垂直于入射面振动的s 分量．若用E ip 和E is 分别代表入射光的p 和s 分量，用E rp 及E rs 分别代表各束反射光K 0，K 1，K 2，…中电矢量的p 分量之和及s 分量之和，则膜对两个分量的总
南京大学-椭偏光法测量薄膜的厚度和折射率
椭偏光法测量薄膜的厚度和折射率 (南京大学物理学院江苏南京 210000) 摘要：椭圆偏振测量法，即椭偏光法，是将一束偏振光非垂直地投射到被测样品表面，观察反射光或透射光的偏振状态变化来推知样品的光学特性，如薄膜的厚度，材料的负折射率等。本实验用椭偏仪，根据椭偏光法测量薄膜样品的厚度和折射率。 关键词：椭偏光法；椭偏仪；椭圆偏振方程；椭偏参数 一、实验目的 1. 了解椭偏光发测量原理和实验方法。 2. 熟悉椭偏仪器的结构和调试方法。 3. 测量介质薄膜样品的厚度和折射率，以及硅的消光系数和负折射率。 二、实验原理 1.椭圆偏振方程 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图1 图1 薄膜系统的光路示意图 这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中δ=2πdn2cosφ2/λ，用r1p、r1s表示光线的p 分量、s分量在界面1、2间的反射系数，用r2p 、r2s表示光线的p分、s分量在界面2、3间的反射系数。由多光束干涉的复振幅计算可知：
其中Eip和Eis分别代表入射光波电矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。现将上述Eip、Eis、Erp、Ers四个量写成一个量G，即： 我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出： G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2 、φ3可用φ1表示) ，即ψ=tg-1f，Δ=arg| f |，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程： [tgψe iΔ]的实数部分= 的实数部分 [tgψe iΔ]的虚数部分= 的虚数部分 若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d (n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系： 由上式经计算机运算，可制作数表或计算程序。这就是椭偏仪测量薄膜的基本原理。若d是已