膜厚的测量与监控解析
膜厚仪及其校准方法、注意事项
膜厚仪及其校准方法、注意事项概述膜厚仪是一种用于测量薄膜或涂层的厚度的仪器。
薄膜可以是在不同料子上制备的薄层，例如金属、陶瓷或聚合物。
膜厚仪使用不同的技术和方法来确定薄膜的厚度，以便在讨论、制造和质量掌控过程中进行评估和监测。
常见的膜厚测量技术包含：机械测量法：使用机械探头或机械式仪器，如刮片或刮刀，通过测量薄膜前后的尺寸差异来计算厚度。
光学测量法：使用光学技术，如反射、透射或干涉，来测量薄膜的厚度。
常见的光学膜厚仪有反射光学膜厚仪和椭偏仪。
X射线测量法：利用X射线的穿透本领，通过测量X射线在薄膜上的散射或吸取来计算薄膜的厚度。
微波测量法：利用微波的传播特性，通过测量微波在薄膜上的反射或透射来测量薄膜的厚度。
校准方法膜厚仪的校准方法可以因实在的仪器类型和测量技术而有所不同。
无论使用哪种校准方法，紧要的是遵奉并服从仪器制造商的指南和建议，以确保膜厚仪的精准性和牢靠性。
校准应在合适的时间间隔内进行，尤其是在关键测量任务之前。
以下是一些常见的膜厚仪校准方法：标准样品校准：使用已知厚度的标准样品进行校准。
标准样品通常是由认证机构或厂家供应的，其厚度已经精准测量。
依据标准样品与膜厚仪测量结果之间的比较，可以确定仪器的精准性和偏差，并进行相应的调整。
多点校准：选择多个不同厚度的标准样品进行校准。
通过在不同厚度点上进行校准，可以检验膜厚仪在整个测量范围内的精准性和线性度。
依据标准样品与测量结果的比较，可以生成一个校准曲线或校准系数，用于后续测量时的修正。
内部校准：某些膜厚仪具有内部校准功能，可以使用内置的参考料子或标准进行自我校准。
这些参考料子具有已知的物理特性，仪器通过与其相互作用来校准自身。
内部校准可以定期进行，以确保仪器的精准性和稳定性。
外部校准：将膜厚仪送至专门的校准试验室或认证机构进行校准。
在试验室环境中，使用精密的测量设备和标准样品对膜厚仪进行全面的校准和验证。
这种校准方法通常是周期性的，依据需要进行。
膜厚仪原理_概述及解释说明
膜厚仪原理概述及解释说明1. 引言1.1 概述膜厚仪是一种用于测量薄膜的厚度和表面特性的设备。
它利用各种原理和技术来确定薄膜的厚度，如光学、电学、磁学和机械学等。
随着科技的不断进步，薄膜技术在许多领域中得到广泛应用，例如电子学、材料科学和化学合成等。
而测量薄膜的厚度是了解其性能和质量的重要手段之一。
1.2 文章结构本篇文章将分为五个部分进行探讨。
首先，在引言部分我们将对膜厚仪概念进行简要介绍，并阐述文章的结构安排。
接下来，在第二部分我们将详细解释和描述膜厚仪原理及相关的测量方法和数据处理技术。
然后，在第三部分中我们将探讨膜厚仪在不同领域（如薄膜电子学、化学合成和材料科学）中的应用情况，并举例说明其重要性和必要性。
紧接着，在第四部分我们将展示当前与未来发展趋势，包括新技术与创新、自动化与智能化发展以及对可持续发展与环保意识的重视。
最后，在结论部分，我们将总结本文的研究内容，并展望膜厚仪在未来的发展前景。
1.3 目的本文旨在向读者介绍膜厚仪原理，并深入探讨其应用领域和发展趋势。
通过对膜厚仪原理及其相关技术的解释，读者将对薄膜测量有更深入的了解。
同时，文章还将重点介绍膜厚仪在不同领域中所起到的作用和意义，并探讨其未来发展方向。
通过本文的阅读，读者将对薄膜测量技术有更全面和系统性的认识，并为相关领域的科学研究和工业生产提供参考依据。
2. 膜厚仪原理:2.1 原理概述:膜厚仪是一种用于测量物体上涂覆薄膜的厚度的仪器。
其原理基于光学干涉的现象，利用光波在薄膜上的反射和干涉来确定薄膜的厚度。
当光束穿过一个介质时，会发生折射和反射。
如果在介质表面有一个支撑物或涂层，则会产生反射光线和透射光线之间的相位差。
这个相位差与薄膜的厚度相关联，因此通过测量这个相位差可以确定薄膜的厚度。
2.2 测量方法:常见的膜厚仪使用两种主要类型进行测量：反射型和透射型。
- 反射型膜厚仪: 该类型的仪器将光束照射到待测样品表面，并通过检测反射光线中所包含的干涉信息来计算出薄膜的厚度。
膜厚仪操作指导书
膜厚仪操作指导书膜厚仪操作指导书一、介绍膜厚仪是一种用于测量材料表面薄膜厚度的仪器。
本指导书旨在向用户提供详细的操作说明，以确保正确、安全地使用膜厚仪。
二、安装⒈将膜厚仪放置在平稳的工作台上，确保其稳定且不易受到外界震动。
⒉将电源线插入膜厚仪的电源插座，并将其它一端插入可靠的电源插座。
确保电源的稳定和可靠性。
⒊将测量头正确安装在膜厚仪上，并根据需要连接外部控制设备。
三、操作步骤⒈打开膜厚仪的电源开关，并等待仪器的启动。
确保仪器的状态正常。
⒉根据样品需要测量的材料类型，选择合适的测量模式。
常见的模式包括单点模式、连续模式等。
根据需要进行设置。
⒊将待测样品放置在样品台上，并使用夹具固定。
确保样品与测量头接触良好。
⒋调整仪器的参数，如测量精度、测量速度等。
根据样品的特性和需求进行调整。
⒌开始测量按钮，仪器开始进行测量。
在测量过程中，保持样品台稳定，避免产生误差。
⒍测量完成后，记录膜厚值，并根据需要将数据存储或打印。
四、维护与保养⒈在使用膜厚仪之前，检查仪器是否有损坏或异物进入。
如发现问题，请及时联系维修人员。
⒉定期清洁膜厚仪的测量头和样品台，以确保测量的准确性。
⒊注意避免膜厚仪接触水或其他液体，以免损坏仪器。
⒋使用膜厚仪时，请避免剧烈震动或碰撞，以免影响仪器的使用寿命。
⒌如发现仪器出现故障或异常情况，应停止使用并通知维修人员。
不得自行维修或改动仪器。
附件：⒈膜厚仪操作手册⒉膜厚仪维修记录表⒊膜厚仪安全操作要求法律名词及注释：⒈膜厚：指材料表面上的薄膜的厚度。
⒉仪器：用于测量和检测的设备或工具。
⒊样品：参与测量或实验的材料或物品。
⒋维修人员：有经验且具备维修能力的专业人员。
晶振片测量膜厚的原理
晶振片测量膜厚的原理
晶振片是一种利用固体晶体振荡原理制成的电子元件，其产生的振荡频率与其本身的厚度密切相关。
因此，通过测量晶振片的振荡频率可以推算出晶片的厚度。
具体来说，晶振片通常由二氧化硅（SiO2）等介质材料制成，其晶格结构相当均匀。
当一个电场施加到晶体表面时，晶体表面的电荷被激发，导致表面形成一个电场，该电场会引起晶体中的电荷和电子在晶体内部振荡。
这种振荡可以通过表面形成的电流来检测，并且具有特定的振荡频率。
而这个振荡频率取决于晶体的几何尺寸和材料特性，其中晶体的厚度是影响频率的主要因素。
因此，通过测量晶振片的振荡频率，可以计算出其厚度。
基于这个原理，晶振片可以被用作膜厚传感器，应用于化学分析、制造材料的厚度控制、光刻和离子注入等领域中。
等厚干涉法测量薄膜厚度的两种方法
中图分类号 :O43 文献标识码 :A文章编号 :1001 - 2443 (2012) 01 - 0032 - 03薄膜材料具有不同于体材料的特殊性质 ,因而在集成电路工艺中有着广泛的应用. 各种薄膜材料 ,包括 半导体 、金属和绝缘体薄膜可以作为器件的功能层1 ,或作为电极2 ,或者作为钝化层保护器件免受环境的影响等等. 薄膜的质量对器件的性能和成品率有着重要的影响 ,因此需要对薄膜质量进行必要的检查 ,厚度 测量是薄膜质量检查的重要内容之一3 .干涉法测量薄膜厚度是实验和生产中较普遍采用的测量方法 ,其优点是设备简单 ,操作方便 ,无需复杂 的计算. 除了常规的空气膜劈尖干涉法外4 ,本文就等厚干涉法的另外两种形式测量薄膜厚度的原理分别 进行了探讨.空气劈尖取一小片硅片部分地覆盖衬底 , 放入反应腔内生长薄膜 , 生长完成后取下硅片即形成台阶. 将薄玻璃片与带有薄膜台阶的样品沿平行于台阶方向对合 , 一端轻轻压紧 , 另一端用纸片分隔 , 形成空气劈尖 ( 如图 1 所示) . 在读数显微镜下便可观察到干涉条纹. 衬底的一半沉积有厚度为 D 的不透明薄膜 , 它改变了空气膜的厚度 , 即改变了光程差 , 从而使直条纹发生弯折[ 5 ]. 为形成条纹的突然弯折 , 薄膜台阶应尽量陡直.第 k 级暗纹位置 e k 由 ( 1) 式确定 ,1 λλ δ = 2 e k += ( 2 k + 1)暗纹k = 0 , 1 , 2 , 3( 1)22干涉条纹为平行于劈尖棱边的直线条纹 , 每一条纹与空气劈尖的一定厚度 e k 对应. 任意两相邻的暗条纹之间的距离 l 由 ( 2) 式决定 ,λ 1 1l s in θ = e k = 2( k + 1)λ - 2k λ = e k +1 - ( 2) 2式中θ为劈尖的夹角. 可见 , 干涉条纹是等间距的 , 而且θ越小 , l 越大 , 即干涉条纹愈疏 , 反之亦然. 沉积了薄膜的一侧的第 k 级暗纹位置 e ′由( 3) 式确定 λ λ 2 e ′k + = ( 2 k + 1)( 3) 2条纹移动的距离 a 满足a sin θ = e ′k - e k = D结合( 2) 、( 4) 两式可以得到 2( 4)λ a D = ·l( 5)2收稿日期 :2011 - 08 - 15基金项目 :国家自然科学基金( 61106011) 作者简介 :左则文( 1978 - ) , 男 , 安徽郎溪人 , 讲师 , 博士 , 主要从事硅基低维材料与器件方面的研究.透明薄膜劈尖很多薄膜材料在可见光范围内是透明的. 这 里 ,我们以 SiO 2 为例来阐述另一种等厚干涉法测 量透明薄膜厚度的原理.在单晶硅( Si ) 衬底上用化学气相沉积的方法 沉积一层 SiO 2 ,切取一小片用于厚度测量. 将待测 样品切面沿某一方向 ( 以一定角度) 轻磨即可形成 如图 2 所示的 SiO 2 劈尖.2 图 1 弯折干涉条纹示意图Figure 1 Schematic diagram of kinked 2f ringes当用单色光垂直照射 SiO 表面时 , 由于 SiO 2 2 是透明介质 ,入射光将分别在 SiO 2 表面和 SiO 22Si界面处反射 ,反射光相干叠加产生干涉条纹. 由于整个 SiO 2 台阶的厚度是连续变化的 ,因此 ,在 SiO 2 台阶上 将出现明暗相间的干涉条纹.在此系统中 ,空气 、SiO 2 、Si 的折射率分别为 1 ,1 . 5 和 3 . 5 ,因此在两个界面上的反射光都存在“半波损失”,其作用相互抵消 ,对光程差不产生影响 ,由此δ = 2 n e k = k λ 明纹k = 0 , 1 , 2 , 3 ( 5)λ δ = 2 ne k = ( 2 k + 1)暗纹k = 0 , 1 , 2 , 32式中 n 为 SiO 2 的折射率 , e k 为条纹处 SiO 2 层的厚度. 在 SiO 2 台阶楔尖处 e k = 0 , 所以为亮条纹.由 ( 5) 式 , 可以得到两相邻明纹之间的 SiO 2 层的厚度差为( k + 1) λ k λ λ ( 6)e k +1 - e k =- 2 n = 2 n2 n 同样 , 两相邻暗纹之间的 SiO 2 层的厚度差也 为 λ . 2 n由此可见 , 如果从 SiO 2 台阶楔尖算起至台阶顶端共有 m + 1 个亮条纹 ( 或暗条纹) , 则 SiO 2 层的厚度应为λ m2 n( 7)D = 图 2 SiO 2 劈尖形成的干涉示意图Schematic diagram of int erference o n SiO 2 wedge因此 , 已知 SiO 2 的折射率 n ( ≈ 1 . 5 , 与生长条Figure 2 件有关) , 通过读数显微镜观察条纹数即可由( 7) 式得到透明薄膜的厚度. 实验结果与分析以单晶硅作为衬底 ,采用化学气相沉积的方法生长非晶硅薄膜 ,沉积过程中用小片硅片部分遮盖以形成台阶. 作为参考 ,首先用扫描电子显微镜( SE M ) 对 其剖面进行测量 ,得到薄膜的厚度约为 755 n m. 再用 空气劈尖法对薄膜的厚度进行测量 ,得到如下的数据 :3l ( mm )a ( mm )D ( nm )1 230 . 135 0 . 136 0 . 1340 . 353 0 . 352 0 . 354770 . 455 762 . 624 778 . 404实验所用钠双线的波长为分别为 589 . 0 n m 和 589 . 6 nm ,取其平均值 589 . 3 nm 作为入射波长. 计算得到的薄膜平均厚度为 770 . 5 nm ,与扫描电子显微镜测量的结果非常接近 ,表明空气劈尖法可以比较精确地测量薄膜的厚度.利用化学气相沉积法在硅片上生长 SiO 2 薄膜 ,并采用如前所述的方法形成 SiO 2 的劈尖 ,并用读数显微 镜测量劈尖上的干涉条纹. 读数显微镜观察到 SiO 2 劈尖上共有 5 条完整的亮纹 ,即 m = 4 . 取 SiO 2 的折射率为 1 . 5 ,利用公式 ( 7) 计算得到薄膜的厚度约为 785 . 7 n m ,而用扫描电子显微镜测量的剖面厚度约为 853参考文献 :周之斌 ,张亚增 ,张立昆 ,杜先智. 光电器件用铟锡氧化物 I T O 薄膜的制备及特性研究J . 安徽师范大学学报 :自然科学版 ,1995 ,18 ( 2) :66 - 69 . 万新军 ,褚道葆 ,陈声培 ,黄桃 ,侯晓雯 ,孙世刚. 不锈钢表面修饰纳米合金膜电极的电催化活性研究J . 安徽师范大学学报 : 自然科学版 , 2007 ,30 ( 5) :567 - 569 .高雁. 真空蒸发镀膜膜厚的测量J . 大学物理实验 ,2008 ,21 ( 4) :17 - 19 .方正华. 大学物理实验教程M . 合肥 :中国科学技术大学出版社 ,2010 :123 - 129 . 单慧波. 牛顿环实验的拓展J . 物理实验 ,1996 ,16 ( 6) :290 .1 2 3 4 5Two Methods f or Mea s uring the Thickness of Fil m s B a s ed on EqualThickness I nterf e renceZU O Ze 2wen( College of Physics and Elect ro nics Inf o r matio n , Anhui No r m al U niversit y , Wuhu 241000 , China )Abstract : Equal t h ickness interference met h o d is widely applied in p r o d ucti o n due to it s sim ple equip m ent ,co nvenient operati o n , and unco m plicated analysis p rocess. In t his paper , t he p rinciple of t wo met ho d s fo rmeasuring t he t hickness of films based o n equal t hickness interference was discussed. In t hese met ho d s ,m o nochro matic light ref lect s at top and bot to m interf aces of t he wedge 2shaped air o r t ransparent material f ilm s ,w hich is fo r med by utilizing t he step of films , and fo r ms t he interference f ringes. By measuring t he parameters of f ringes , t he t hickness of t he film can be o btained. C o m pared to film 2wedged met ho d , air 2wedged met h o d ism o re appliable due to it s sim pleness and p r ecisi o n .K ey w ords : equal t h ickness interference ; films ; measurement of t h e t h ickness。
膜厚监控用石英晶振片团体标准
膜厚监控用石英晶振片团体标准1.概述膜厚监控是一项重要的工艺控制手段，在许多领域都有着广泛的应用。
而石英晶振片是一种常用的膜厚监控的工具，其稳定性和精准度对于膜厚监控具有至关重要的意义。
为了统一膜厚监控用石英晶振片的相关标准，特制定了本团体标准，以便行业内各方在膜厚监控领域有统一的参照标准。
2.标准名称和适用范围本团体标准的名称为《膜厚监控用石英晶振片团体标准》，适用于各类工业生产中的膜厚监控工作。
无论是薄膜涂覆、化学气相沉积、溅射沉积等各种膜厚监控，均适用于本标准。
3.术语和定义（1）石英晶振片: 一种能够产生固定频率振荡的石英晶体材料。
（2）膜厚监控: 对薄膜涂层的厚度进行实时监测和控制的技术和手段。
（3）团体标准: 行业内各方统一遵循的标准。
4.技术要求（1）振荡频率精确度: 石英晶振片的振荡频率应符合国际相关标准规定的精确度要求，误差范围在允许范围内。
（2）温度稳定性: 石英晶振片在不同温度下的振荡频率应保持稳定，不受外界温度变化的影响。
（3）湿度适应性: 石英晶振片应具有一定的湿度适应性，能够在潮湿环境下正常工作。
（4）长期稳定性: 石英晶振片在长时间使用后的稳定性应能够得到保证，不会因为长期使用而出现频率漂移或其他问题。
5.检测方法（1）频率测量仪器: 使用精准的频率测量仪器对石英晶振片的振荡频率进行检测。
（2）温度控制箱: 利用温度控制箱对石英晶振片进行不同温度下的稳定性测试。
（3）湿度实验室: 在一定湿度条件下对石英晶振片进行湿度适应性测试。
（4）长期稳定性测试: 对石英晶振片进行长时间的频率监测，以验证其长期稳定性。
6.标准制定依据本团体标准是根据国际相关标准和行业内实际应用的需求制定而成，以确保膜厚监控用石英晶振片在工业生产中能够稳定、精准地工作。
7.结论本团体标准的制定将有力地推动膜厚监控用石英晶振片的标准化和规范化，有助于提高膜厚监控的精准度和稳定性，为工业生产提供可靠的技术支撑和保障。
薄膜厚度及其折射率的测量
V-棱镜中所装为复合材料的溶液，由于其折射率nso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nso值可由Snell’s law 确定，
❖
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
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。
精品课件
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
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300-
480nm(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
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
光学膜厚监控技术
波长在 Ａ 。 和 之 间的光波在反射光方向上的强度则介于
二
两者之间 。这样 ， 基片镀膜 以后 ， 各个波 长 的反 射光强度 就会 随着膜层厚度的变化 而变化 ， 即带有 不 同的干涉色 ， 不 同的膜
厚 有 不 同的 颜 色 ， 因此 可 以根 据 薄 膜 干涉 色 的变 化来 监 控 介 质 膜层的厚度 。
及 射 尤 １ 反 身丁
随着 激 光 技 术 、 光通讯 波分复用 技术 、 新 型 微 结 构 功 能 薄
膜等科技 的发展 ， 光学薄膜技术 已经渗透 到各 个交叉 的科技 领 域 。特别是近年来 ， 高精度 、 高 质量 的的光学 镜头 、 光学 仪器 、 数码产 品等 的广泛应用和大量需求 ， 使得光学 产品对光学零 部 件镀膜 的光学特性和精度的要求越来越高 。研究发 现 ， 在影 响 光学薄膜器件特性 的众多因素中 ， 膜层 的折射 率和光学厚度 是 两个最重要 的因素 。但对正在淀积的膜层 的折射率 ， 目前还 没 有找 到有效 的监测手段 来进行 （ 对膜层 的折射 率进行 测量 一 般要在生产完成后 ） ， 较 易测 量 的薄膜光学厚 度 的控 制便成 为 了薄膜制备成败的关键 ， 因此薄膜膜厚监控 引起 了人们越来越
７
技 术研 发
Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ０ Ｌ ｏ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ ＤⅣ Ｒ Ｋ Ｅ Ｔ
０ 的整数倍时 ， 薄膜 的 Ｔ或 Ｒ出现极值 。利用 这种特性 ， 可以
化， 来判断膜层的厚度 。其原理可通 过双光 束分振 幅干 涉来 说 明， 如图１ （ ａ ） 所示 ， 入射光在膜层的两个分 界面上分成 两束 相 干的反射光 （ 图中已略去多次反射光束 ） 。