测量薄膜厚度及其折射率的方法PPT
折射率与厚度的估算方法
镀个较厚一点的单层膜，根据极值点（膜比基底折射率高的看极小值，膜比基底折射率低的看极大值，并且选取长波段的极值点，因为在长波段折射率色散小）估算出膜层的折射率，该点的反射率，根据薄膜光学原理，相当于单个四分之一光学厚度的膜厚（单层四分之一光学厚度的薄膜等效折射率为n^2/ng,n为膜的折射率，ng为基底折射率)的反射率。
算出折射率后，再判断极值级次，根据这个级次就可算出膜厚。
现在举一例子加深理解。
图中基底折射率为1.52，该曲线的透过率极大值是空白玻璃的透过率，说明镀的膜没有起增透作用，判断膜的折射率应该大于基底的折射率，所以我们要选极小值点的反射率来分析薄膜的折射率（选极大值等于在分析空白玻璃，因为是偶数个四分之一膜厚，等同虚设层），为选色散小的区域，可以找到最长波段的极小值为1184nm，透过率为80.08%。
设空白基底的单面透过率为T1，镀有膜层侧的单面透过率为T2，总和透过率，也就是所测透过率为T，则有关系式1/T=1/T1 + 1/T2 - 1(大家可以自己推算，就是简单的等比数列叠加，可先算出R1，R2和R的关系式R＝(R1＋R2－2R1R2)/(1-R1R2),然后用1-Rx代替Tx），在这儿T1=95.742%, T=80.08%, T2为未知数，代入后得出T2＝83.037%，于是R2＝1－T2＝16.963%，R2＝(n ^2/ng-1)^2 / (n^2/ng +1)^2 ，n=sqrt(ng*(1+sqrt(R2))/(1-sqrt(R2) )=1.910，这就是膜层的折射率然后来算膜厚。
首先判断透过率曲线的级次，在脑中要明确的是，当膜的折射率大于基底时，所有的极小值都是奇数个四分之一膜厚，当膜的折射率小于基底时，所有的极大值都是奇数个四分之一膜厚，根据前面分析，这儿当然是极小值啦。
如果没有折射率色散，相邻两个极值之间的波长位置的比值应为k/(k+1), k=1,3,5,7....(设第一个极值位置波长为λ1,相邻的另一个极值位置波长为λ2，这里假设λ2的级次高于λ1,所以λ1＞λ2，则kλ1/4=nd, (k+1)λ2/4=nd,两者比较后，就得出λ1/λ2=(k+1)/k )。
薄膜材料的表征方法-PPT
❖ 通过测量膜厚可以确定各种薄膜得沉积速率,即 以所测膜厚除以溅射时间得到平均沉积速率,因 此精确测量膜厚变显得尤为重要。
❖ 粗糙度仪法测膜厚得优点就是:
①直观―可以直接显示薄膜得几何厚度与表面(或 厚度)得不均匀;
②精确度高―在精确测量中,精度可达到0、5nm,通 常也能达到2nm,因此常用来校验其它膜厚测试方 法得测试结果;
来观测表面形貌。特别就
是二次电子因它来自样品
本身而且动能小,最能反映
样品表面层形貌信息。一
般都用它观测样品形貌。
图3－2 电子束与表面原子相互 特征X射线可供分析样品
作用图
得化学组分。
❖ 在扫描电子显微镜中,将样品发射得特征X射线送 入X射线色谱仪或X射线能谱仪可进行化学成份 分析。
❖ 当样品得厚度小于入射电子穿透得深度时,一部 分入射电子穿透样品从下表面射出。将这一系列 信号分别接受处理后,即可得到样品表层得各种 信息。SEM技术就是在试样表面得微小区域形成 影像得。下表列出了扫描电子显微镜可提供得样 品表层信息。
❖30keV左右得能量得电子束在入射到样品表面之后,将
与表面层得原子发生各种相互作用,产生二次电子、背散
射电子、俄歇电子、吸收电子、透射电子等各种信号(如
图3-2)。
从图3－2中瞧到,入射电子
束与样品表面相互作用可
产生7种信息。其中最常
用于薄膜分析得就是背散
射电子、二次电子与特征
X射线。前两种信息可用
❖ 扫描电子显微镜就是目前薄膜材料结构研究最直 接得手段之一,主要因为这种方法既像光学金相显 微镜那样可以提供清洗直观得形貌图象,同时又具 有分辨率高、观察景深长、可以采用不同得图象 信息形式、可以给出定量或半定量得表面成分分 析结果等一系列优点。扫描电子显微镜就是目前 材料结构研究得最直接得手段之一。
用透射谱分析薄膜的折射率厚度及光学带隙_Tauc法-PPT精品文档
在相邻峰或谷处分别在二条包络线上读取透射率的值，如图所示，相对应 的波长也需要读取，计算薄膜厚度时要用。
Page
7
相邻峰或谷处折射率的计算方法（二）
其中s是透明衬底的折射率，对一般用的载波片为１.５２。或者用公式计算出来
Ts透射谱中薄膜和衬底对光都无吸收时的透射率。
用以上二个公式可以计算弱吸收区和中等强度吸收区中任一波长处的折射率， Page 8 测量薄膜时只关心波峰和波谷处的值。
Page
11
参考文献
以上只介绍方法。理论部分请参照收下文献 R Swanepoel. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon. J. Phps. E: Sci. Instrum.. Vol. 16, 1983. Printed in Great Britain
通过透射谱中的干涉条纹计算薄膜 折射率、厚度、光学带隙 的方法
薄膜沉积于玻璃衬底上，结构如下
符号的简单说明 d＝film thickness
n=n-ik n = complex refractive index n = refractive index k= extinction coefficient
page激活一个包络线的数据列表选中二列数据将鼠标点在列最右侧合适的位置会出现一个标有曲线的小标识这时按住鼠标左键拖至透射谱的图中然后用同样的方法将另一个包络线拖到透射谱中得到合成图page相邻峰或谷处折射率的计算方法在相邻峰或谷处分别在二条包络线上读取透射率的值如图所示相对应的波长也需要读取计算薄膜厚度时要用
从曲线上读取吸收系数为５×104cm-1的点所对应的波长 计算对应的Eg5,4=1.24/ （的单位用微米）
椭圆偏振仪测量薄膜厚度和折射率演示课件
实验操作
将1/4波片快轴转到+450位置 仔细调节检偏器A和起偏器P，使目镜内的亮点最暗，
即检流计值最小。计下A、P的刻度值，测得两组消 光位置数值 将1/4波片快轴转到-450位置 重复2的工作。
其中：A分别取大于900和小于900 两种情况。
14
测试结果点
15
16
17
18
19
和 称为椭圆偏参量(椭圆偏角)
8
和的物理意义
光的复数形式 EEexpi() 反射前后p和s分量的振幅比 ta nErpEis/ErsEip
反射前后p和s分量的位相差 (rp r)s(ipis )
9
问题的简化
入射光为等幅椭圆偏振光 Eis / Eip 1
反射光为线性偏振光 rprs0()
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
10
简化目的
ta n Erp/Ers 恰好是反射光p和s的幅值比,通过 检偏器角度A可求;
(ipis)0() 为光经过膜位相的改变,可通 过起偏器的角度P求得
11
简化条件的节起偏器的角度就可以使入射光的位相差连
续可调.
12
仪器校准
•自准法调光路水平和共轴 •利用布儒斯特角调节检偏器 •利用检偏器和起偏器的关系调节起偏器 •确定1/4波片
一束自然光经偏振器变成偏振光,再经过1/4波 片使它变成椭圆偏振光入射在待测膜上;
反射时,光的偏振状态发生变化;
通过检测这种变化,便可推算出待测膜面的膜 厚度和折射率.
6
多光反射示意图
p s
d
n1 n2 n3
03.01.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1. 实验目的(1) 了解椭偏光法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。
2. 实验原理本实验介绍反射型椭偏光测量方法。
其基本原理是用一束椭偏光照射到薄膜样品上，光在介质膜的交界面发生多次的反射和折射，反射光的振幅和位相将发生变化，这些变化与薄膜的厚度和光学参数（折射率、消光系数等）有关，因此，只要测出反射偏振状态的变化，就可以推出膜厚度和折射率等。
2.1 椭圆偏振方程图1所示为均匀、各向同性的薄膜系统，它有两个平行的界面。
介质1为折射率为n 1的空气，介质2为一层厚度为d 的复折射率为n 2的薄膜，它均匀地附在复折射率为n 3的衬底材料上。
φ1为光的入射角，φ2和φ3分别为薄膜中和衬底中的折射角。
光波的电场矢量可分解为平行于入射面的电场分量（p 波）和垂直于入射面的电场分量（s 波）。
用(I p )i 和(I s )i 分别代表入射光的p 分量和s 分量，用(I p )r 和(I s )r 分别代表各反射光O p ，I p ，II p ···中电矢量的p 分量之和及各束反射光s 分量之和。
定义反射率（反射系数）r 为反射光电矢量的振幅与入射光电矢量的振幅之比。
则由菲涅耳公式，有 对空气-薄膜界面I ：r 1p =n 2cosφ1−n 1cosφ2n 2cosφ1+n 1cosφ2(1)r 1s =n 1cosφ1−n 2cosφ2n 1cosφ1+n 2cosφ2(2)对薄膜-衬底界面II ：r 2p =n 3cosφ2−n 2cosφ3n 3cosφ2+n 2cosφ3(3)r 2s =n 2cosφ2−n 3cosφ3n 2cosφ2+n 3cosφ3图1 薄膜系统的光路示意图I pO pI pII p根据折射定律，有n1sinφ1=n2sinφ2=n3sinφ3(5) 由图1，可算出任意两相邻反射光之间的光程差为l=2n2dcosφ2相应的相位差为2δ=360°λl于是可得δ=360°λd(n22−n12sin2φ1)12⁄(6)另一方面，由多束光干涉原理来考察空气-薄膜-衬底作为一个整体系统的总反射系数，以R p 和R s分别表示这个系统对p波和s波的总反射系数，则由图1可知，对p波，R p由O p，I p，II p···各级反射光叠加合成。
测量薄膜厚度及其折射率的方法
2020/1/20
8
（四）V-棱镜法
V-棱镜法是近年来测量薄膜折射率的又一种简便易行的方法,
角、系统的调整状态，光学元件质量、环境噪声、样品表面状态、
实际待测薄膜与数学模型的差异等都会影响测量的准确度。特别
是薄数当膜斜薄厚率膜度 较较 大折小 区射和 域率薄 时与膜 ，基厚用底度椭折及偏射折仪率射同相时率接测范近得围(如薄位玻膜于璃的(n基f厚，底度d表)和～面折(Sψ射i，O2率△薄与)膜函实)，
折射率，θ，ε，Np分别为耦合角、棱镜角和棱镜折射率。若测得
两个以上模式的耦合角，便可求出d 和nf。棱镜-薄膜-衬底就组成
一个单侧漏波导，
亦称为准波导，
准波导法名称
由此而来。
2020/1/20
5
棱镜耦合测量仪的光路如图2所示。棱镜耦合法的测量 精度与转盘的转角分辨率、所用棱镜折射率、薄膜的厚度和 折射率范围及基底的性质等因素有关，折射率和厚度测量精 度分别可达到±10-3和(±0.5％ +5 nm )，实际精度还会高 些。
为了提高条纹错位量的判读精度，多光束干涉仪采用了一 个F-P干涉器装置与显微系统结合，形成多光束等厚干涉条纹， 其测量精度达到λ／100～λ／1000。分为反射式和透射式两种 结构，如图4(a)和4(b)所示。等色序干涉仪也有类似两种结构 形式。
干涉法不但可以测量透明薄膜、弱吸收薄膜和非透明薄膜， 而且适用于双折射薄膜。一般来说，不能同时确定薄膜的厚度 和折射率，只能用其它方法测得其中一个量，用干涉法求另一 个量。有人对干涉法进行改进【3】 ，使其能同时测定厚度和折射 率，但不容易实现。另外，确定干涉条纹的错位条纹数q比较 困难，对低反射率的薄膜所形成的干涉条对比度低，会带来测 量误差，而且薄膜要有台阶，测量过程调节复杂，容易磨损薄 膜表面等，这些都对测量带来不便。
(2020年整理)椭偏测量原理.pptx
光是一种电磁波，且是横波。电场强度 E 和磁场强度 H 与光的传播方向构成一个右旋 的正交三矢族。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。如果 已 知入射光束的偏振态，当测得通过某薄膜后的出射光偏振态，就能确定该薄膜影响系统 光学 性能的某些物理量，如折射率、薄膜厚度等。
如图 7-1 所示，一束自然光（非偏振激光）经过起偏器后变成线偏振光，改变起偏器 的方位角可以改变线偏光的振动方向。此线偏光穿过 1/4 波片后，由于双折射效应分成两 束光，即 o 光和 e 光。对正晶体的 1/4 波片，o 光沿快轴方向偏振，e 光沿慢轴方向偏振， o 光的振动位相超前 e 光 /2；对负晶体的 1/4 波片情况反之。因此，o 光 e 光合成后的光 矢 量端点形成椭圆偏振光。当椭圆偏振光入射到待测的膜面上时，如图 7-2 所示，反射光 的偏振态将发生变化，对于一定的样品，总可以找到一个起偏方位角，使反射光由椭圆偏
（7 2）
Rp
Erp E ip
, RS
Ers E
is
考虑光从空气中入射到薄膜上，则 n1=1。在下界面，考虑两束相邻的反射光，其光程 差（是否有/2 的相位差取决于 n2和 n3的关系）
n2(ACCB) AD
（7-3）
因为
d AC CB ， AD AB sin i 2d sin i tan i
i2
2
-
ei
81tan
R -27r
r1
-136i
e1
2
i2
p
rre i2 1
p
2
1 p
-13s
s
-13R r r e r
s
12
1
re 2
-13p p
椭圆偏振光法测量薄膜的厚度和折射率
椭圆偏振光法测量薄膜的厚度和折射率摘要：本实验中，我们用椭圆偏振光法测量了MgF 2,ZrO 2,TiO 2三种介质膜的厚度和折射率，取MgF 2作为代表，测量薄膜折射率和厚度沿径向分布的不均匀性，此外还测量了Au 和Cr 两种金属厚膜的折射率和消光系数。
掌握了椭圆偏振光法的基本原理和技术方法。
关键词：椭偏法，折射率，厚度，消光系数 引言：薄膜的厚度和折射率是薄膜光电子器件设计和制备中不可缺少的两个参数。
因此，精确而迅速地测定这两个参数非常重要。
椭圆偏振光法就是一个非常重要的方法。
将一束单色椭圆偏振光投射到薄膜表面，根据电动力学原理，反射光的椭偏状态与薄膜厚度和折射率有关，通过测出椭偏状态的变化，就可以推算出薄膜的厚度和折射率。
椭圆偏振光法是目前测量透明薄膜厚度和折射率时的常用方法，其测量精度高，特别是在测量超薄薄膜的厚度时其灵敏度很高，因此常用于研究薄膜生长的初始阶段，而且由于这种方法时非接触性的，测量过程中不破坏样品表面，因而可用于薄膜生长过程的实时监控。
本实验的目的是掌握椭偏法测量薄膜的厚度和折射率的原理和技术方法。
测量几种常用介质膜的折射率和厚度，以及金属厚膜的复折射率。
原理：1. 单层介质膜的厚度和折射率的测量原理（1）光波在两种介质分界面上的反射和折射，有菲涅耳公式：121122112112211122322323223223322233cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos p s p s n n r n n n n r n n n n r n n n n r n n ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ-⎧=⎪+⎪-⎪=⎪+⎪⎨-⎪=⎪+⎪-⎪=⎪+⎩（tp-1）; （2）单层膜的反射系数图1 光波在单层介质膜中传播以上各式中1n 为空气折射率，2n 为膜层的折射率，3n 为衬底折射率。
1ϕ为入射角，2ϕ，3ϕ分别为光波在薄膜和衬底的折射角。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
13
总结
上述介绍的五种测量薄膜厚度和折射率的光学方法都 存在一定的测量精度、测量范围和局限性，且有一定的互 补性。此外，还有分光光度法、光电极值法和比色法等光 学方法以及表面台阶仪法、称重法、石英振荡法和x光散 射法等非 光学方法都可以测量不同种类和范围的透明或 非透明薄膜的厚度或折射率，因此，应根据待测薄膜的类 型、性质、膜厚及折射率变化范围和所测量参数的精度要 求及测量时间，合理选择测量方法和仪器。 为了确保所测参数的准确度，最好采用两种或两种以 上方法对同一样品进行辅助测量或相互验证，并根据条件 和财力，选择适用的测试方法和仪器 ，以期达到我们所 要求的满意结果。
2013-9-20
11
式中，d为薄膜厚度，ns为衬底的折射率，α为薄膜的吸收系 数。在弱吸收区域，将上式中两方程取倒数分别相减可得：
因此，可解得： 其中 当衬底玻璃的折射率ns为已知时，由此便可求得薄膜的折射 率n了。假如波长λ1、λ2处的折射率是相邻的两个最高峰，并且在 这两个波长处的折射率n(λ1)和n(λ2)已经求得，代入方程，可同时 求得薄膜的厚度： 我们在进行数据处理时，把TM和Tm视为波长λ的连续函数， 也就是透过率曲线上极大值和极小值的包络线，根据这两条曲线 就可以得到和透过光谱波峰和波谷对应的波长处的最大透过率TM 和最小透过率Tm，再根据式子便可求得n和d了，对所有的d值求 平均便可得到薄膜样品的厚度。
2013-9-20
3
椭偏法具有很高的测量灵敏度和精度。ψ和△的重复性精度 已分别达到±0.01°和±0.02°，厚度和折射率的重复性精度可 分别达到0.1nm和10-4,且入射角可在30°～90°内连续调节，以 适应不同样品；测量时间达到ms量级，已用于薄膜生长过程的厚 度和折射率监控。但是，由于影响测量准确度因素很多，如入射 角、系统的调整状态，光学元件质量、环境噪声、样品表面状态、 实际待测薄膜与数学模型的差异等都会影响测量的准确度。特别 是当薄膜折射率与基底折射率相接近(如玻璃基底表面SiO2薄膜)， 薄膜厚度较小和薄膜厚度及折射率范围位于(nf，d)～(ψ，△)函 数斜率较大区域时，用椭偏仪同时测得薄膜的厚度和折射率与实 际情况有较大的偏差。因此，即使对于同一种样品、不同厚度和 折射率范围，不同的入射角和波长都存在不同的测量精确度。 椭圆偏振法存在一个膜厚周期d0(如70°入射角， SiO2 膜， 则d0=284nm)，在一个膜厚周期内，椭偏法测量膜厚有确值。若 待测膜厚超过一个周期，膜厚有多个不确定值。虽然可采用多入 射角或多波长法确定周期数，但实现起来比较困难。实际上可采 用其它方法，如干涉法、光度法或台阶仪等配合完成周期数的确 定。
2013-9-20
7
干涉法主要分双光束干涉和多光束干涉，后者又有多光束 等厚干涉和等色序干涉。双光束干涉仪主‘要由迈克尔逊干涉 和显微系统组成，其干涉条纹按正弦规律变化，测量精度不高， 仅为λ/10～λ/ 20，典型产品有上海光学仪器厂的6JA型干涉显 微镜，其光路如图3所示。 为了提高条纹错位量的判读精度，多光束干涉仪采用了一 个F-P干涉器装置与显微系统结合，形成多光束等厚干涉条纹， 其测量精度达到λ／100～λ／1000。分为反射式和透射式两种 结构，如图4(a)和4(b)所示。等色序干涉仪也有类似两种结构 形式。 干涉法不但可以测量透明薄膜、弱吸收薄膜和非透明薄膜， 而且适用于双折射薄膜。一般来说，不能同时确定薄膜的厚度 和折射率，只能用其它方法测得其中一个量，用干涉法求另一 个量。有人对干涉法进行改进 ，使其能同时测定厚度和折射 率，但不容易实现。另外，确定干涉条纹的错位条纹数q比较 困难，对低反射率的薄膜所形成的干涉条对比度低，会带来测 量误差，而且薄膜要有台阶，测量过程调节复杂，容易磨损薄 膜表面等，这些都对测量带来不便。
o o
采用同样的方法可测得溶剂的折射率n’s ，于是聚合物薄膜的 折射率可由下式求得。
o
2013-9-20
9
其中，Ф1、Ф2 分别称为溶剂和溶液的体积分数，不依赖 于波长，并有Ф1 +Ф2 =1，需要首先确定，Fs、Fs’、F是 lorentz-lorenz局域场函数，分别由下式确定
首先采用波导耦合法测定薄膜在某一给定波长下的折射率n， 再将其代入公式，便可求得 Ф1与Ф2的值。一旦Ф1 、Ф2已知， 变换波源，利用公式就可以测量并计算出其他波长下薄膜的折 射率了。
【1】 【2】
2013-9-20
2
二、几种测量薄膜厚度及其折射率的方法
（一）椭圆偏振法(椭偏法)
椭圆偏振法是利用一束入射光照射样品表面，通过检测和分 析入射光和反射光偏振状态，从而获得薄膜厚度及其折射率的非 接触测量方法。 根据椭偏方程： 若ns ，na，θ和λ已知，只要测得样品的ψ和△，就可求得薄 膜厚度d和折射率nf 。测量样品ψ和△的方法主要有消光法和光度 法。光路的形式有反射式和透射式，入射面在垂直面和水平面内 两种结构。图1(a)是反射式消光法的一种典型结构；图1(b)是反 射式光度法的一种典型结构。
5
2013-9-20
棱镜耦合测量仪的光路如图2所示。棱镜耦合法的测量 精度与转盘的转角分辨率、所用棱镜折射率、薄膜的厚度和 折射率范围及基底的性质等因素有关，折射率和厚度测量精 度分别可达到±10-3和(±0.5％ +5 nm )，实际精度还会高 些。 棱镜耦合法存在测量薄膜厚度的下限。测量光需在膜层 内形成两个或两个以上波导模，膜厚一般应大于300480nm(如硅基底)；若膜折射率已知，需形成一个波导模， 膜厚应大于100～200nm；测量范围依赖于待测薄膜和基底 的性质，与所选用的棱镜折射率有关。但测量的薄膜厚度没 有周期性，是真实厚度。膜厚测量范围在0.3～15 um，折 射率测量范围小于2.6，某些情况可达2.8。 待测薄膜表面应平整和干净，测量时间约20秒以上，不 适合于实时测量。棱镜耦合法不但可以测量块状样品和单层 膜样品，而且可以测量双层膜和双折射膜的厚度和折射率。 在有机材料、聚合物和光学波导器件等领域中有广泛应用。
12
2013-9-20
三、比较几种方法的优缺点
方法 椭圆偏振法 (椭偏法) 优点
测量精度高，对样品无破坏性，特别适 合于较薄膜层光学参数的测量。
缺点
该方法仅适合于各向同性介质的测量。另外，利 用该方法对实验数据进行处理时计算冗长，对样 品的表面平整度也有较高要求。 此法要求样品的折射率必须大于衬底的折射率， 这使得一些折射率低的样品不能采用该方法测量。
【4】
2013-9-20
14
参考文献
【1】孙香冰、任诠、杨洪亮等，测量薄膜折射率的几种方法。 【2，4】黄佐华、何振江，测量薄膜厚度及其折射率的光学方 法，2003-01-08。 【3】沈朝晖，王晶，马廷钧。用迈克尔逊干涉仪测量单层膜 的厚度和折射率。大学物理实验。1994，7(1)：1-3
V-棱镜法
并非直接对薄膜进行测量，而是辅以准 波导法对复合材料溶液进行测量。该方 法原理简单，操作易行，数据处理也不 复杂 仅仅利用了样品的透过率曲线谱，实验 过程比较简单，计算过程可以通过计算 机编程来实现，也比较简单、快速和准 确
透射谱线法
对样品的质量要求比较高，薄膜必须均匀且表面 平行
2013-9-20
2013-9-20
10Байду номын сангаас
（五）透射谱线法
透射谱线法是利用样品的透过率曲线谱测定薄膜光学常数的 一种方法。图为光通过薄膜材料的示意图，当薄膜的折射率大于 衬底折射率时,平行光经过折射率为n的薄膜之后发生干涉，在光 强极值处有： 其中m为整数时为光强极大，半整数时为光强极小。薄膜透 过率曲线如图所示。干涉条纹的极大值和极小值的透过率TM和Tm 分别为： 其中：
2013-9-20
15
谢谢！
2013-9-20 16
2013-9-20
6
（三）干涉法
干涉法是利用相干光干涉形成等厚干涉条纹的原理来确定薄 膜厚度和折射率的。根据光干涉条纹方程， 对于不透明膜： 对于透明膜： 在(4)和(5)式中，q为条纹错位条纹数，c为条纹错位量，e为 条纹间隔。因此，若测得q，c，e就可求出薄膜厚度d 或折射率nf。
【3】
2013-9-20
8
（四）V-棱镜法
V-棱镜法是近年来测量薄膜折射率的又一种简便易行的方法, 它需要辅以准波导法才能测量并计算出薄膜的折射率。其基本实 验装置如图所示。 V-棱镜中所装为复合材料的溶液，由于其折射率ns 不同于V棱镜的折射率np，折射光将以角度θ偏离入射光方向。θ可由角度 计测量得到，给定波长下的ns 值可由Snell’s law 确定，
薄膜厚度及其折射率的测量 方法
黄丽琳
2010级物理学（1）班
2013-9-20
1
一、引言
近年来,非线性光学聚合物薄膜及器件的研究已成为非线 性光学材料领域的研究热点。非线性光学聚合物薄膜具有多种 优点，如快速响应、大的电光系数、高的激光损伤阈值、小的 介电常数、简单的结构、低损耗和微电子处理的兼容性等，因 此正逐渐成为制造电光调解器和电光开关的重要材料 。 薄膜技术是当前材料科技的研究热点，特别是纳米级薄膜 技术的迅速发展,精确测量薄膜厚度及其折射率等光学参数受到 人们的高度重视。由于薄膜和基底材料的性质和形态不同，如 何选择符合测量要求的测量方法和仪器，是一个值得认真考虑 的问题。每一种测量方法和仪器都有各自的使用要求、测量范 围、精确度、特点及局限性。在此主要介绍测量薄膜厚度和折 射率常用的几种方法，并分析它们的特点及存在问题，指出选 择测量方法和仪器应注意的问题 。
2013-9-20
4
（二） 棱镜耦合法（准波导法）
棱镜耦合法是通过在薄膜样品表面放置一块耦合棱镜，将入 射光导入被测薄膜，检测和分析不同入射角的反射光，确定波导 膜耦合角，从而求得薄膜厚度和折射率的一种接触测量方法。波 导模式特征方程为