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使用配备UMA 附件的Cary 5000测量折射率和薄膜厚度

发布时间:2020-08-15   点击次数:332次

前言: 基于光(紫外到红外)的光学特性的技术广泛使用了多层光学涂层[1]。要想成功设 计和制造光学涂层,需要获得准确可靠的层状薄膜结构的折射率、吸收系数和厚度 信息。 无损检测方法是成功研究薄膜结构特性的方法。表征层状薄膜结构的基本方法 与表征散装材料的光学技术截然不同。通常采用椭圆光度法来表征薄膜的光学特 性,该方法是一种基于样本反射光偏振态分析的光学技术。现在还有另一种多用途 无损光学技术可供选择 ― 多角度分光光度法[2, 3]。 入射偏振光反射率和透射率的光谱和角函数由配备相应附件的分光光度计获得。

但是,光学参数很大程度上取决于 • 基底和薄膜的生长条件 • 薄膜的均匀性 • 基底的均匀性和 • 光学特性[4, 5] 我们期望薄膜在整个结构寿命期间保持其均匀性。 本项工作的目的是,采用配备了*的自动化全能型测量附件 包 (UMA) 的 Agilent Cary 5000 分光光度计测定薄膜的以下参 数:厚度 (d)、折射率 (n) 和消光系数 (k)。

 

 实验部分 配备 UMА 的 Cary 5000 分光光度计可在无人值守的情况下自 动执行以下测量: • 以 0.02° 的小步长间隔测量反射率 R(入射光角度 5–85°)和透射率 T(入射光角度 0–85°) • 在一个工作序列内测量不同角度和偏振态的 T 和 R • 190–2800 nm 工作波长范围内的非偏振光 • 250–2500 nm 波长范围内的 s- 和 p-偏振光 因此,无需移动样品就可获得所有相关信息。配备 UMА 的 Cary 5000 是一款通用型测量系统,无需使用多个控制台、无 需进行多次更换和/或使用多种配置。该系统可提供高质量数 据,从样品的同一区域中测得所有特性数据。该附件的巨大优 势在于,其通过改变入射光的偏振,在不同的入射光角度下, 针对样品的同一区域测量样品的光学特性。UMA 附件由固定 光源、可 360° 旋转的样品支架以及单独的检测器组成。检测 器可在水平面内围绕样品移动。 薄膜的折射率和厚度采用双角度光入射进行表征[6]。此方法对 光谱范围有一定要求,即,在该光谱范围内,薄膜为透明的或 几乎不吸收光。

结果与讨论 :测量了两个样品,每个样品具有不同类型的基底(在可见波 段内透明或不透明):石英基底(可见光范围内透明)上的 Zr-Si-B-(N) 纳米复合涂层薄膜[7],(001) 单晶硅基底(可见光范 围内不透明)上的铌酸锂 LiNbO3 层状结构样本[8, 9]。两种结构都采用高频磁控溅射生成。在此方法中,根据基底 透射光的能力来选择要测量的参数:对于透明基底,测量透 射率;对于不透明基底,测量反射率。

 

结论:采用配备全能型测量附件包的 安捷伦Cary 5000 分光光度计测量了两 种样品的折射率。 其中一个样品为纳米复合涂层:石英基底(可见光范围内透 明)上的 Zr-Si-B-(N) 薄膜。第二个样品为单晶硅基底(可见 光范围内不透明)上的铌酸锂 LiNbO3 层状结构。 计算出了两个样品的折射率,准确度为 ±0.01。根据所测定的 折射率,计算了两个样品的薄膜厚度。

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