反射分光膜厚测量原理分析

发布日期：2022-08-18 浏览次数：1918

反射分光膜厚测量原理分析

什么是反射光谱？

让我们考虑当光与基板上的薄膜样品垂直时的反射光。

在这种情况下，光在薄膜的上方和下方都被反射。反射的光量是这两种反射的总和。由于光的波动性，来自这两个界面的反射根据它们的相位关系增加或减少亮度。

相互相位关系由两次反射的光路、膜厚、光学常数和光的波长决定。当光路是波长的整数倍时，反射同相并相长相加。这种现象发生在当光以直角入射到透明薄膜上时，2nd = iλ（其中d为薄膜厚度，i为整数，因子2表示光穿过薄膜两次）时发生。相反，当相位从相位匹配的状态偏移1/2波长时，即当2nd = (i+1/2)λ时，反射的相位偏移并在抵消方向上减去互出。。

这些反射可以用下面的单个方程表示。由此可以看出，薄膜的反射率如下所示以 1/λ 周期性变化。换句话说，当观察某个波长范围时，薄膜越厚，反射循环的次数就越多。



从反射光谱中看到的薄膜特性

实际的反射光谱被认为是由来自薄膜表面的反射光与透过薄膜并在与基板的界面处反射的光之间的干涉引起的。

将光视为一种波，波的相位根据穿过薄膜的光的长度和薄膜材料的折射率（密度）而变化。由于每个波长的光的相移不同，因此干涉光相对于光谱波长不断变强和变弱。因此，以横轴为波长的反射率呈波浪状。

一般来说，折射率（或吸收系数）越大，反射越高，薄膜与基板的折射率差越大，波幅越大。

薄膜越厚，相对于光谱波长的波数越大（频率越高）。



样品的折射率越高，反射率越高。



薄膜和基材的折射率越高，波幅越高。



通过光谱获得的反射光谱包含有关薄膜厚度和光学常数的信息。如何从中提取膜厚和光学常数值？

膜厚可以从某一光谱波长范围内的波数粗略估算。在可见光区，一个波谷或波峰估计在0.1微米左右，一个峰谷幅度（一个波长）在0.2微米左右，这是一幅图像。

换句话说，近似的薄膜厚度 被认为是
峰（或谷）x 0.2微米的数量。
这只是一个指导方针。在实践中，膜厚由程序在考虑膜的折射率和基板的参数的情况下确定。



一谷，约0.1微米



6 个峰 x 0.2，因此大约 10-12 微米



50 个或更多峰 x 0.2，因此 100 微米或更多

至于光学常数，反射峰和谷的幅度可以认为是基板的反射（折射率）与薄膜的反射（折射率）之差。基板与薄膜的折射率差越小，振幅越小，折射率差越大，振幅越大。因此，如果已知基板的折射率，则可以获得薄膜的折射率。