应用推荐|SM200及其系列膜厚仪在薄膜检测的应用

薄膜结构是一种特殊的形态，其在厚度方向上尺寸较小，只能微观可测量，而由于薄膜结构在界面处的突变，使其具备了与普通结构不同的性质。麦克斯韦于十九世纪发表的《论电与磁》奠定了薄膜问题的理论基础，为了获得出色的薄膜性能，我们需要精确的控制薄膜的厚度参数，从而使薄膜器件能够正常工作。薄膜检测技术在近年来广泛发展，主要有接触式测量方法、石英晶体震荡法、椭圆偏振法、反射光谱法、白光光谱法等。

1.接触式测试

探针法是一种典型的接触式测量方法，利用其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，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。

2.石英晶体震荡法

石英晶体振荡法主要利用了石英晶体的压电效应和质量负荷效应，通过测定其固有谐振频率的变化来测量薄膜厚度，石英晶体压电效应的谐振频率为 f=N/d,其中f为石英晶体的固有频率，N为频率常数，d为晶体厚度，石英晶体震荡法经过几十年的发展已经成熟，广泛应用于实时在线测量。

3.椭圆偏振法

椭圆偏振法是基于偏振光在薄膜上的反射时出现的偏振现象，偏振光的分量经样品表面反射时，偏振态会发生变化。椭圆偏振法就是利用偏振态的变化来计算薄膜光学常数，主要通过计算两个分量的反射系数幅值比和相位差来求解。目前应用最广泛的光谱椭偏系统即为多波长求解的典型方案，通过测量的椭偏参数进行反演优化拟合，以求得薄膜参数。椭圆偏振法具有极高的灵敏度，尤其适合测量超薄薄膜，能够快速测量，然而过高的灵敏度使薄膜的非均匀性、样品表面、模型差异等均会影响其测量的准确性。仪器的复杂性、价格以及计算的繁琐也限制其广泛应用。

4.反色光谱法

反射光谱法是利用薄膜的反射率来计算薄膜的光学常数，是测量薄膜的最常用仪器。其测量原理是光入射到薄膜结构并反射，利用光谱仪采集宽波段上反射光谱，通过标准样品计算其反射率曲线，最后利用该曲线与理论模型进行优化拟合来精确求解薄膜参数。反射光谱法测量范围广、测试过程简单。

5.白光光谱干涉法

该方法主要利用光的干涉原理和光谱分光原理，利用光在不同波长处的干涉光强进行求解。其光源出射的光经分光棱镜分成两束，其中一束入射到参考镜，另一束入射到测量样品表面，两束光均发生反射并入射到分光棱镜，此时这两束光会发生干涉。干涉光经光谱仪采集得到白光光谱干涉信号。通过对其干涉信号进行分析得出薄膜特性。其测试过程简单，精度高。

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