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椭偏精确测定透明衬底上吸收薄膜的厚度及光学常数

李江 唐敬友 裴旺 魏贤华 黄峰

椭偏精确测定透明衬底上吸收薄膜的厚度及光学常数

李江, 唐敬友, 裴旺, 魏贤华, 黄峰
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  • 椭偏仪难以精确测量透明衬底上吸收薄膜光学常数的原因:1)衬底的背面反射光为非相干光, 它的存在会极大的增加拟合难度; 2)衬底光学常数(折射率和消光系数)的差异会影响测量的准确性, 而且会在吸收薄膜的光学常数中表现出来, 需要单独测量其光学常数; 3)厚度与光学常数之间呈现强烈的关联性. 针对以上三个问题, 选择石英玻璃、载玻片、盖玻片和普通浮法玻璃作为研究对象. 采用折射率匹配法消除上述衬底背面反射光的影响. 结果显示, 折射率匹配法能够有效消除折射率在1.43-1.64、波长范围为190-1700 nm波段的石英、浮法玻璃等透明衬底的背面反射光. 之后, 通过拟合椭偏参数ψ和垂直入射时的透过率T0 分别得到以上衬底的折射率和消光系数. 拟合得到的结果与文献报道的趋势一致. 最后, 采用椭偏参数和透过率同时拟合的方法(SE+T法)得到类金刚石薄膜(沉积在石英玻璃上)和非晶硅薄膜(沉积在载玻片、盖玻片上)光学常数和厚度的准确解.
    [1]

    Swanepoel R 1983 J. Phys. E:Sci. Instrum. 16 1214

    [2]

    Swanepoel R 1984 J. Phys. E:Sci. Instrum. 17 896

    [3]

    Hilfiker J N, Singh N, Tiwald T, Convey D, Smith S M, Baker J H, Tompkins H G 2008 Thin Solid Films 516 7979

    [4]

    McGahan W A, Johs B, Woollam J A 1993 Thin Solid Films 234 443

    [5]

    Jellison Jr G E, Merkulov V I, Puretzky A A, Geohegan D B, Eres G, Lowndes D H, Caughman J B 2000 Thin Solid Films 377 68

    [6]

    Jellison Jr G E, Modine F A 1996 Appl. Phys. Lett. 69 371

    [7]

    He J, Li W, Xu R, Guo A R, Qi Q C, Jiang Y D 2008 Acta. Phys. Sin. 57 7114 (in Chinese) [何剑, 李伟, 徐睿, 郭安然, 祁康成, 蒋亚东 2008 物理学报 57 7114]

    [8]

    Ma J M, Liang Y, Gao X Y, Chen C, Zhao M K, Lu J X 2012 Acta. Phys. Sin. 61 056106 (in Chinese) [马姣民, 梁艳, 郜小勇, 陈超, 赵孟珂, 卢景霄 2012 物理学报 61 056106]

    [9]

    Franta D, Ohlídal I, Buršíková V, Zajíčková L 2004 Thin Solid Films 455 393

    [10]

    Tompkins H G, Tasic S 2000 J. Vac. Sci. Technol. A 18 946

    [11]

    Zhou Y, Wu G S, Dai W, Li H B, Wang A Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 2356 (in Chinese) [周毅, 吴国松, 代伟, 李洪波, 汪爱英 2010 物理学报 59 2356]

    [12]

    Synowicki R A, Johs B D, Martin A C 2011 Thin Solid Films 519 2907

    [13]

    Fujiwara H 2007 Spectroscopic ellipsometry:principles and applications (Chichester:John Wiley & Sons) p138

    [14]

    Forcht K, Gombert A, Joerger R, Köhl M 1997 Thin Solid Films 302 43

    [15]

    Hayton D J, Jenkins T E 2004 Meas. Sci. Technol. 15 N17

    [16]

    Synowicki R A 2008 Phys. Status Solidi C 5 1085

    [17]

    Kitamura R, Pilon L, Jonasz M 2007 Appl. Optics 46 8118

    [18]

    Bruggeman D A G 1935 Ann. Phys.-Berlin 24 636

    [19]

    Fujiwara H, Koh J, Rovira P I, Collins R W 2000 Phys. Rev. B 61 10832

    [20]

    Colombin L, Jelli A, Riga J, Pireaux J J, Verbist J 1977 J. Non-Cryst. Solids 24 253

    [21]

    Dugnoille B, Virlet O 1994 Appl. Optics 33 5853

    [22]

    Zhao J M, Yang P 2012 Microsystem Technologies 18 1455

  • [1]

    Swanepoel R 1983 J. Phys. E:Sci. Instrum. 16 1214

    [2]

    Swanepoel R 1984 J. Phys. E:Sci. Instrum. 17 896

    [3]

    Hilfiker J N, Singh N, Tiwald T, Convey D, Smith S M, Baker J H, Tompkins H G 2008 Thin Solid Films 516 7979

    [4]

    McGahan W A, Johs B, Woollam J A 1993 Thin Solid Films 234 443

    [5]

    Jellison Jr G E, Merkulov V I, Puretzky A A, Geohegan D B, Eres G, Lowndes D H, Caughman J B 2000 Thin Solid Films 377 68

    [6]

    Jellison Jr G E, Modine F A 1996 Appl. Phys. Lett. 69 371

    [7]

    He J, Li W, Xu R, Guo A R, Qi Q C, Jiang Y D 2008 Acta. Phys. Sin. 57 7114 (in Chinese) [何剑, 李伟, 徐睿, 郭安然, 祁康成, 蒋亚东 2008 物理学报 57 7114]

    [8]

    Ma J M, Liang Y, Gao X Y, Chen C, Zhao M K, Lu J X 2012 Acta. Phys. Sin. 61 056106 (in Chinese) [马姣民, 梁艳, 郜小勇, 陈超, 赵孟珂, 卢景霄 2012 物理学报 61 056106]

    [9]

    Franta D, Ohlídal I, Buršíková V, Zajíčková L 2004 Thin Solid Films 455 393

    [10]

    Tompkins H G, Tasic S 2000 J. Vac. Sci. Technol. A 18 946

    [11]

    Zhou Y, Wu G S, Dai W, Li H B, Wang A Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 2356 (in Chinese) [周毅, 吴国松, 代伟, 李洪波, 汪爱英 2010 物理学报 59 2356]

    [12]

    Synowicki R A, Johs B D, Martin A C 2011 Thin Solid Films 519 2907

    [13]

    Fujiwara H 2007 Spectroscopic ellipsometry:principles and applications (Chichester:John Wiley & Sons) p138

    [14]

    Forcht K, Gombert A, Joerger R, Köhl M 1997 Thin Solid Films 302 43

    [15]

    Hayton D J, Jenkins T E 2004 Meas. Sci. Technol. 15 N17

    [16]

    Synowicki R A 2008 Phys. Status Solidi C 5 1085

    [17]

    Kitamura R, Pilon L, Jonasz M 2007 Appl. Optics 46 8118

    [18]

    Bruggeman D A G 1935 Ann. Phys.-Berlin 24 636

    [19]

    Fujiwara H, Koh J, Rovira P I, Collins R W 2000 Phys. Rev. B 61 10832

    [20]

    Colombin L, Jelli A, Riga J, Pireaux J J, Verbist J 1977 J. Non-Cryst. Solids 24 253

    [21]

    Dugnoille B, Virlet O 1994 Appl. Optics 33 5853

    [22]

    Zhao J M, Yang P 2012 Microsystem Technologies 18 1455

  • [1] 周毅, 吴国松, 代伟, 李洪波, 汪爱英. 椭偏与光度法联用精确测定吸收薄膜的光学常数与厚度. 物理学报, 2010, 59(4): 2356-2363. doi: 10.7498/aps.59.2356
    [2] 力虎林, 王成伟, 王 建, 李 燕, 孙小伟, 刘维民, 徐 洮. 多孔阳极氧化铝薄膜光学常数的确定. 物理学报, 2005, 54(1): 439-444. doi: 10.7498/aps.54.439
    [3] 梁丽萍, 郝建英, 秦 梅, 郑建军. 基于透射光谱确定溶胶凝胶ZrO2薄膜的光学常数. 物理学报, 2008, 57(12): 7906-7911. doi: 10.7498/aps.57.7906
    [4] 王晓栋, 沈军, 王生钊, 张志华. 椭偏光谱法研究溶胶-凝胶TiO2薄膜的光学常数. 物理学报, 2009, 58(11): 8027-8032. doi: 10.7498/aps.58.8027
    [5] 黄卓寅, 李国龙, 李衎, 甄红宇, 沈伟东, 刘向东, 刘旭. 基于透射率曲线确定聚合物太阳能电池功能层的光学常数和厚度. 物理学报, 2012, 61(4): 048801. doi: 10.7498/aps.61.048801
    [6] 孙成伟, 刘志文, 秦福文, 张庆瑜, 刘 琨, 吴世法. 生长温度对磁控溅射ZnO薄膜的结晶特性和光学性能的影响. 物理学报, 2006, 55(3): 1390-1397. doi: 10.7498/aps.55.1390
    [7] 苏伟涛, 李 斌, 刘定权, 张凤山. 氟化铒薄膜晶体结构与红外光学性能的关系. 物理学报, 2007, 56(5): 2541-2546. doi: 10.7498/aps.56.2541
    [8] 廖国进, 闫绍峰, 戴晓春, 陈明, 骆红. 基于透射光谱确定溅射Al2O3薄膜的光学(已撤稿). 物理学报, 2011, 60(3): 034201. doi: 10.7498/aps.60.034201
    [9] 于天燕, 秦杨, 刘定权. 沉积温度对硫化锌(ZnS)薄膜的结晶和光学特性影响研究. 物理学报, 2013, 62(21): 214211. doi: 10.7498/aps.62.214211
    [10] 王盼盼, 章俞之, 彭明栋, 张云龙, 吴岭南, 曹韫真, 宋力昕. VO2薄膜Vis-NIR及NIR-MIR椭圆偏振光谱分析. 物理学报, 2016, 65(12): 127201. doi: 10.7498/aps.65.127201
    [11] 薛春荣, 易葵, 齐红基, 邵建达, 范正修. 氟化物材料在深紫外波段的光学常数. 物理学报, 2009, 58(7): 5035-5040. doi: 10.7498/aps.58.5035
    [12] 董正琼, 赵杭, 朱金龙, 石雅婷. 入射光照对典型光刻胶纳米结构的光学散射测量影响分析. 物理学报, 2020, 69(3): 030601. doi: 10.7498/aps.69.20191525
    [13] 贾宇鹏, 王景甫, 郑坤灿, 张兵, 潘刚, 龚志军, 武文斐. 应用粒子图像测试技术测量球床多孔介质单相流动的流场. 物理学报, 2016, 65(10): 106701. doi: 10.7498/aps.65.106701
    [14] 李国龙, 黄卓寅, 李衎, 甄红宇, 沈伟东, 刘旭. 基于光学与光—电转换模型对聚合物电池功能层厚度与性能相关性分析. 物理学报, 2011, 60(7): 077207. doi: 10.7498/aps.60.077207
    [15] 石云龙, 张拴勤, 黄长庚, 连长春. 隐身涂层的光谱反射特性设计. 物理学报, 2007, 56(9): 5508-5512. doi: 10.7498/aps.56.5508
    [16] 代煜, 张建勋. 基于双路偏振影像分光的立体视觉. 物理学报, 2011, 60(8): 084205. doi: 10.7498/aps.60.084205
    [17] 冯洪安, 余玉贞, 黄炳忠. 椭偏光谱对复数折射率薄膜的研究——ITO膜光学常数的色散和生长规律. 物理学报, 1986, 35(3): 319-328. doi: 10.7498/aps.35.319
    [18] 邵建达, 范正修, 沈自才, 孔伟金, 刘世杰, 沈 建. 斜角入射沉积法制备渐变折射率薄膜的折射率分析. 物理学报, 2006, 55(10): 5157-5160. doi: 10.7498/aps.55.5157
    [19] 史文俊, 易迎彦, 黎敏. 锗在吸收边附近的压力-折射率系数. 物理学报, 2016, 65(16): 167801. doi: 10.7498/aps.65.167801
    [20] 邵建达, 范正修, 沈自才, 沈 建, 刘世杰, 孔伟金. 渐变折射率薄膜的分层评价探讨. 物理学报, 2007, 56(3): 1325-1328. doi: 10.7498/aps.56.1325
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-21
  • 修回日期:  2015-01-14
  • 刊出日期:  2015-06-05

椭偏精确测定透明衬底上吸收薄膜的厚度及光学常数

  • 1. 中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室、浙江省海洋材料与防护技术重点实验室, 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201;
  • 2. 西南科技大学材料科学与工程学院, 绵阳 621010

摘要: 椭偏仪难以精确测量透明衬底上吸收薄膜光学常数的原因:1)衬底的背面反射光为非相干光, 它的存在会极大的增加拟合难度; 2)衬底光学常数(折射率和消光系数)的差异会影响测量的准确性, 而且会在吸收薄膜的光学常数中表现出来, 需要单独测量其光学常数; 3)厚度与光学常数之间呈现强烈的关联性. 针对以上三个问题, 选择石英玻璃、载玻片、盖玻片和普通浮法玻璃作为研究对象. 采用折射率匹配法消除上述衬底背面反射光的影响. 结果显示, 折射率匹配法能够有效消除折射率在1.43-1.64、波长范围为190-1700 nm波段的石英、浮法玻璃等透明衬底的背面反射光. 之后, 通过拟合椭偏参数ψ和垂直入射时的透过率T0 分别得到以上衬底的折射率和消光系数. 拟合得到的结果与文献报道的趋势一致. 最后, 采用椭偏参数和透过率同时拟合的方法(SE+T法)得到类金刚石薄膜(沉积在石英玻璃上)和非晶硅薄膜(沉积在载玻片、盖玻片上)光学常数和厚度的准确解.

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