碩 士 研 究 生 學 位 論 文開題

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1、碩士研究生學位論文開題報告研究生姓名：宋亞杰所在學院：物理與電信工程學院學科專業(yè)：光學研究方向：光電技術及應用導師姓名：黃佐華開題時間：2011年7月8日華南師范大學研究生院2011年6月29日填姓名宋亞杰院系物理與電信工程學院學號2009021417性別女專業(yè)光學指導老師黃佐華論文題目中文偏振光反射法測量薄膜厚度和折射率的研究英文Analysisofrefractiveindexandthicknessofthinfilmbasedonpolarizedreflectances參加開題專家姓名專業(yè)技術職務簽名1、本論文

2、課題研究方法概況：自二十世紀70年代以來，薄膜技術得到突飛猛進的發(fā)展，無論在學術上還是在實際應用中都取得了豐碩的成果。薄膜技術和薄膜材料己成為當代真空技術和材料科學中最活躍的研究領域。隨著薄膜在諸多技術領域中日益廣泛應用，薄膜技術水平不斷提升，各種特殊用途對薄膜技術和薄膜材料也提出了更高的要求。由于薄膜的光學常數(shù)是描述固體的獨立光學參數(shù)，是確定和描述有關光學性質的其它物理量的基礎，它們對于了解薄膜材料的光學性質具有重要的意義。本論文研究的薄膜參數(shù)主要指薄膜折射率n和厚度d。至今人們提出了多種方法，例如，橢圓偏振測量法、干

3、涉測量法、光譜法，阿貝勒(Abeles)方法、棱鏡耦合法、及偏振光反射法等。其中，有些方法只能測量薄膜的厚度，有些方法只能測薄膜的折射率，有些方法可同時測量薄膜的厚度和折射率。它們各有千秋，可以滿足不同應用的需要。幾種主要的測量方法如下：(1)橢圓偏振測量法橢圓偏振測量法是研究兩媒質界面或薄膜中發(fā)生的現(xiàn)象及其特性的一種光學方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射時出現(xiàn)的偏振變換來確定薄膜參數(shù)。橢圓偏振測量分為反射橢偏測量法、透射橢偏測量法和散射橢偏測量法。由于特點不同，其重點研究的對象也就有所不同。橢圓偏振測

4、量兩個反射系數(shù)的比值，因而，較反射率測量要靈敏和精確得多，并可精密測量。這種方法具有原子層級的靈敏度，能快速實時測量。但是影響測量準確度因素很多，如入射角、系統(tǒng)的調整狀態(tài)、光學元件質量、環(huán)境噪聲、樣品表面狀態(tài)、實際待測薄膜與數(shù)學模型的差異都會影響測量的準確度。特別是當薄膜折射率與基底折射率相接近，薄膜厚度較小和薄膜厚度及折射率范圍位于(，)～(，)函數(shù)斜率較大區(qū)域時，用橢偏儀同時測得薄膜的厚度和折射率與實際情況有較大的偏差。橢圓偏振法存在一個膜厚周期，在一個膜厚周期內，橢偏法測量膜厚有確定值。若待測膜厚超過一個周期，膜厚

5、有多個不確定值。雖然可采用多入射角或多波長法確定周期數(shù)，但實現(xiàn)起來比較困難。(2)干涉測量法外差干涉測量法是通過使兩束相干光的頻率產生一個小的頻率差，從而引起干涉場中干涉條紋的不斷掃描，過適當處理后，檢測出干涉場的相位差。該方法解決了諸如光源穩(wěn)定性、散射光、內部反射等因素對測量精度的影響。測量裝置簡單、易操作，測量精度高，但不能用來測量薄膜的厚度。等厚干涉法測量膜厚是根據劈尖干涉原理，用平行單色光垂直照射在薄膜上，分別經上、下表面反射的光波相遇而產生干涉，經多次反射干涉而產生鮮明的干涉條紋，在整個視場內光線的入射角可視為

6、不變的常數(shù)，則反射光在相遇點的相位差只決定于產生該反射的薄膜厚度。根據干涉條紋的偏移量、條紋間隔，可求出薄膜的厚度。該方法具有簡單、快速、不損傷膜層面等優(yōu)點，是測量膜厚時普遍采用的方法之一，此方法要求薄膜必須具有高反射和平坦的表面，否則將影響薄膜厚度測量精度。干涉色測量是根據光干涉來測量薄膜厚度。在光垂直入射薄膜的情況下，反射光和透射光均隨薄膜的光學厚度(薄膜的折射率和膜厚)發(fā)生周期性變化，并呈現(xiàn)出一系列的極大值和極小值。于是，根據極值便能求出薄膜的光學厚度。如果己知薄膜折射率，就可求出薄膜的厚度。(3)光譜法光譜法分為

7、透射光譜法和反射光譜法，透射光譜和反射光譜均采用分光光度計測量得到。然而，由于反射率對薄膜表面條件的依賴性很強，且對入射角的變化很敏感，從而導致測量反射率時的穩(wěn)定性較差，實驗數(shù)據的精確性也不夠高，而在測量透射率時上述因素的影響要小的多，因此，反射率測量測量精度遠不如透射率測量高。常用的分光光度計能精確測量樣品透射率，從而使人們對于如何簡便快速地利用透射率光譜曲線確定薄膜的厚度和復折射率特別關注。該方法具有測試簡單、操作方便、精度高等突出優(yōu)點，在實際工作中得到了廣泛應用。(4)阿貝勒(Abeles)方法Abeles方法是利

8、用薄膜在布儒斯特角時的反射率直接測出透明膜的折射率。將基片的一半用薄膜覆蓋，在有膜和無膜交界線附近，入射P偏振光，通過改變入射角，當膜的反射光強度和基底的反射光強度相同(即可觀察到交界線消失)時，此時的入射角即為布儒斯特角。根據公式(為薄膜折射率，為周圍介質折射率)即可求出薄膜折射率。該方法的優(yōu)點在于薄膜的折射率的計