基于白光干涉的纳米级薄膜厚度和光学常数的研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1 目的及意义

随着科学和信息技术的发展,金属及金属氧化物薄膜材料凭借其优越的光学性能和电磁性能被广泛应用于微电子、光电、通信等产业中。金属及金属氧化物薄膜的性能在薄膜厚度降低到纳米级别会与体材料有极大差异。这种差异是由厚度引起的,所以精确测量纳米级薄膜的厚度和与厚度相关的光学常数是非常重要的。

现如今已经有很多种检测纳米级薄膜厚度和光学性质的方法,但每一种检测方法和检测仪器都有不同的测量精度、特点和局限性。金属及金属氧化物薄膜厚度和光学常数测量方法可以分为接触式和非接触式两种。典型的接触式测量方法是探针法,利用探头在薄膜表面移动时产生的垂直偏移量来测量薄膜厚度。台阶仪就是这种方法的典型应用,使用这种方法时需要在薄膜上制作台阶,基底作为台阶下表面,薄膜作为台阶上表面,探针与薄膜表面接触并且根据台阶来完成测量。在这种测量方法下,测量的薄膜需要首先做成台阶,对很多薄膜造成了损伤,且在接触过程中可能在薄膜表面产生划痕,测量速度较慢,不是一种理想的方法。非接触式测量方法也就是光学测量方法,典型的为椭偏仪法,它具有极高的灵敏度,尤其适合测量超薄薄膜,能够快速测量,但是它在模型选择的任意性、变量的相关性、数据拟合、分析过程过于复杂且分析结果易受分析人员主观判断影响等方面有缺陷。此外,还有x射线光电子能谱和俄歇电子能谱法,但测量会破坏样品,且设备价格十分昂贵。

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2. 研究的基本内容与方案


2.1 研究内容和目标

本次设计光路图如图1(a)所示,拟采用白光作为探测光,隔离器和耦合器组成光纤系统,光谱仪接收和探测反射光谱。初步确定两种光纤端口和薄膜的干涉腔构成,一种是图1(b)所示将纳米薄膜镀在sio2基底上,将处理好的光纤端面利用匹配液(n=1.515)和纳米薄膜耦合;另一种是如图2所示直接在光纤端面镀膜。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解纳米级薄膜的测量方法,并掌握白光干涉信号与薄膜的关系,完成开题报告;

第4 - 6周:完成英文文献翻译,进一步完善研究目标,掌握干涉信号的检测与干涉信号的解调方法;

第7 - 9周:设计并搭建实验平台,通过实验完成对ag、au、zno等纳米级薄膜厚度和光学常数的测量,同时完成对测量结果的处理;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] jo t,kim k r, kim s r, et al. thickness and surface measurement of transparent thin-film layers using white light scanning interferometry combined with reflectometry[j]. journal of the optical society of korea, 2014, 18(3):236-243.

[2] xu c,yi y,shu z, et al. investigation of spectral shifts in a white light interferometer with a single interference peak[j]. optical engineering, 2015, 54(4):044105.

[3] 杨玉孝,熊开利,孙艳,等. 光纤白光干涉法与膜厚纳米测量新技术研究[j]. 光子学报, 2003, 32(8):973-976.

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