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上海斯邁歐分析儀器有限公司
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紫外-可見-近紅外分光光度計對薄膜進行光學(xué)表征
2022-6-20 閱讀(71)
前言：該研究的詳細情況發(fā)表在《應(yīng)用光學(xué)》2012 年 1 月 10 日號（總第 51 卷，第二期）上。精確測定薄膜和多層鍍膜的光學(xué)參數(shù)（使用光學(xué)鍍膜的逆向工程）對于生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品至關(guān)重要。這些數(shù)據(jù)可以給設(shè)計和生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供反饋。對每一層依次進行評估后得到的逆向工程結(jié)果可以用來調(diào)整沉積參數(shù)，重校監(jiān)測系統(tǒng)，改善對各層的厚度控制。通常是使用紫外-可見-近紅外 (UV-Vis-NIR) 或傅里葉變換紅外 (FTIR) 分光光度法進行光學(xué)表征，對透明基板上的薄膜樣品垂直入射或接近垂直入射時的透射率 (T)和/或反射率 (R) 的數(shù)據(jù)進行分析。然而，基于垂直入射的透射率和反射率測量的光學(xué)表征以及基于垂直或接近垂直入射的透射率和反射率測量數(shù)據(jù)的可靠的逆向工程仍然十分困難。
本文中，我們展示了使用配備最新全能型測量附件 (UMA)的 Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計，將多角度光譜光度數(shù)據(jù)用于單層薄膜光學(xué)表征和多層光學(xué)鍍膜逆向工程的適用性。表征致密的薄膜、磁控濺射生產(chǎn)的多層膜和電子束(e-beam) 蒸發(fā)薄膜通常是比較困難的。這些數(shù)據(jù)也可以通過 Agilent Cary 7000 全能型分光光度計 (UMS) 采集到。
實驗部分樣品研究中，我們測量了兩組使用兩種不同沉積技術(shù)的實驗樣品：磁控濺射和電子束蒸發(fā)。詳情可參閱參考文獻 [1]。儀器• Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計• 安捷倫全能型測量附件UMA 是高度自動化的可變角度鏡面反射和透射系統(tǒng)，樣品、檢測器和偏振器位置可*通過軟件控制。通過對入射光多種可控角度（0°–85° %T，5°–85° %R）的透射率 (%T) 和絕對反射率 (%R) 測量，它可以準(zhǔn)確、快速和完整地提供樣品的光學(xué)特性。能測量到照射樣品的線偏振光的透射率。在入射平面上以樣品為圓心移動檢測器組件，可以測量絕對反射率。UMA 的這種多模式測量特性提高了分析效率，并使樣品表征更為精確。UMA 的示意圖如圖 1 所示。
結(jié)果和討論s 偏振光和 p 偏振光在 300–2500 nm 光譜范圍內(nèi)，以 7°、10°、20°、30° 和 40° 的入射角度，對樣品進行了多角度光譜光度測量。在本研究的所有光學(xué)表征和逆向工程流程中，我們只采用了光譜范圍 330–1100 nm 的測量數(shù)據(jù)。因為波長高于 1100 nm 時，基板吸收明顯，使得對準(zhǔn)確度的估算變得不可靠。高密度電介質(zhì)薄膜使用了 UMA 來獲取磁控濺射制備的 Ta2O5 和 SiO2 薄膜的多角度光譜光度數(shù)據(jù)，以對其進行光學(xué)表征。表 1 中給出了各項光學(xué)表征的數(shù)值：在 λ = 600 nm 處測量了薄膜的厚度和折射率。在不同的入射角、不同偏振態(tài)下測得的透射率和反射率數(shù)據(jù)具有很好的一致性。表 1 中列出的這兩種材料的厚度和折射率 (n) 平均值的偏差均小于 0.1%。
結(jié)論我們研究了將多角度光譜應(yīng)用到薄膜的光學(xué)表征和多層鍍膜逆向工程上。UMA 作為安捷倫的新型先進分光光度附件（安裝在 Agilent Cary 5000 UV-Vis NIR 分光光度計上），可以提供多角度、s 偏振態(tài)和 p 偏振態(tài)下的反射率和透射率數(shù)據(jù)。驗證了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并證實了從紫外到近紅外的寬光譜范圍內(nèi)，在入射角最高達到 40° 的情況下，所有的測量數(shù)據(jù)均具有很好的準(zhǔn)確性。與傳統(tǒng)的光譜分析相比，多角度光譜光度測定為研究人員提供了更多的實驗信息。我們的研究表明，新的 UMA 分光光度計附件可以為各種光學(xué)鍍層的表征及逆向工程問題的解決提供實驗信息。
