硕 士 研 究 生 学 位 论 文开题

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1、硕士研究生学位论文开题报告研究生姓名：宋亚杰所在学院：物理与电信工程学院学科专业：光学研究方向：光电技术及应用导师姓名：黄佐华开题时间：2011年7月8日华南师范大学研究生院2011年6月29日填姓名宋亚杰院系物理与电信工程学院学号2009021417性别女专业光学指导老师黄佐华论文题目中文偏振光反射法测量薄膜厚度和折射率的研究英文Analysisofrefractiveindexandthicknessofthinfilmbasedonpolarizedreflectances参加开题专家姓名专业技术职务签名1、本论文课题研究方法概

2、况：自二十世纪70年代以来，薄膜技术得到突飞猛进的发展，无论在学术上还是在实际应用中都取得了丰硕的成果。薄膜技术和薄膜材料己成为当代真空技术和材料科学中最活跃的研究领域。随着薄膜在诸多技术领域中日益广泛应用，薄膜技术水平不断提升，各种特殊用途对薄膜技术和薄膜材料也提出了更高的要求。由于薄膜的光学常数是描述固体的独立光学参数，是确定和描述有关光学性质的其它物理量的基础，它们对于了解薄膜材料的光学性质具有重要的意义。本论文研究的薄膜参数主要指薄膜折射率n和厚度d。至今人们提出了多种方法，例如，椭圆偏振测量法、干涉测量法、光谱法，阿贝勒(A

3、beles)方法、棱镜耦合法、及偏振光反射法等。其中，有些方法只能测量薄膜的厚度，有些方法只能测薄膜的折射率，有些方法可同时测量薄膜的厚度和折射率。它们各有千秋，可以满足不同应用的需要。几种主要的测量方法如下：(1)椭圆偏振测量法椭圆偏振测量法是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换来确定薄膜参数。椭圆偏振测量分为反射椭偏测量法、透射椭偏测量法和散射椭偏测量法。由于特点不同，其重点研究的对象也就有所不同。椭圆偏振测量两个反射系数的比值，因而，较反射率测量要

4、灵敏和精确得多，并可精密测量。这种方法具有原子层级的灵敏度，能快速实时测量。但是影响测量准确度因素很多，如入射角、系统的调整状态、光学元件质量、环境噪声、样品表面状态、实际待测薄膜与数学模型的差异都会影响测量的准确度。特别是当薄膜折射率与基底折射率相接近，薄膜厚度较小和薄膜厚度及折射率范围位于(，)～(，)函数斜率较大区域时，用椭偏仪同时测得薄膜的厚度和折射率与实际情况有较大的偏差。椭圆偏振法存在一个膜厚周期，在一个膜厚周期内，椭偏法测量膜厚有确定值。若待测膜厚超过一个周期，膜厚有多个不确定值。虽然可采用多入射角或多波长法确定周期数，

5、但实现起来比较困难。(2)干涉测量法外差干涉测量法是通过使两束相干光的频率产生一个小的频率差，从而引起干涉场中干涉条纹的不断扫描，过适当处理后，检测出干涉场的相位差。该方法解决了诸如光源稳定性、散射光、内部反射等因素对测量精度的影响。测量装置简单、易操作，测量精度高，但不能用来测量薄膜的厚度。等厚干涉法测量膜厚是根据劈尖干涉原理，用平行单色光垂直照射在薄膜上，分别经上、下表面反射的光波相遇而产生干涉，经多次反射干涉而产生鲜明的干涉条纹，在整个视场内光线的入射角可视为不变的常数，则反射光在相遇点的相位差只决定于产生该反射的薄膜厚度。根据

6、干涉条纹的偏移量、条纹间隔，可求出薄膜的厚度。该方法具有简单、快速、不损伤膜层面等优点，是测量膜厚时普遍采用的方法之一，此方法要求薄膜必须具有高反射和平坦的表面，否则将影响薄膜厚度测量精度。干涉色测量是根据光干涉来测量薄膜厚度。在光垂直入射薄膜的情况下，反射光和透射光均随薄膜的光学厚度(薄膜的折射率和膜厚)发生周期性变化，并呈现出一系列的极大值和极小值。于是，根据极值便能求出薄膜的光学厚度。如果己知薄膜折射率，就可求出薄膜的厚度。(3)光谱法光谱法分为透射光谱法和反射光谱法，透射光谱和反射光谱均采用分光光度计测量得到。然而，由于反射率

7、对薄膜表面条件的依赖性很强，且对入射角的变化很敏感，从而导致测量反射率时的稳定性较差，实验数据的精确性也不够高，而在测量透射率时上述因素的影响要小的多，因此，反射率测量测量精度远不如透射率测量高。常用的分光光度计能精确测量样品透射率，从而使人们对于如何简便快速地利用透射率光谱曲线确定薄膜的厚度和复折射率特别关注。该方法具有测试简单、操作方便、精度高等突出优点，在实际工作中得到了广泛应用。(4)阿贝勒(Abeles)方法Abeles方法是利用薄膜在布儒斯特角时的反射率直接测出透明膜的折射率。将基片的一半用薄膜覆盖，在有膜和无膜交界线附近

8、，入射P偏振光，通过改变入射角，当膜的反射光强度和基底的反射光强度相同(即可观察到交界线消失)时，此时的入射角即为布儒斯特角。根据公式(为薄膜折射率，为周围介质折射率)即可求出薄膜折射率。该方法的优点在于薄膜的折射率的计