橢偏光譜學(xué)在透明襯底上吸收薄膜厚度及光學(xué)常數(shù)表征中的應(yīng)用研究.pdf

1、薄膜厚度和光學(xué)常數(shù)的準(zhǔn)確測量在應(yīng)用和研究領(lǐng)域具有重要的意義。橢圓偏振光譜法(Spectroscopic Ellipsometry，簡稱橢偏光譜法，縮寫為SE)是一種高靈敏度、非破壞性的原位(in situ)表征技術(shù)。即使常規(guī)的橢偏儀也可以獲得較高的厚度靈敏度(0.1?)。但橢偏儀直接測量得到的橢偏參數(shù)(ψ、?)并無任何意義，它需要借助計算機擬合的方法才能求解出薄膜的厚度 df及光學(xué)常數(shù)（折射率 nf、消光系數(shù) kf）。
　　橢偏光

2、譜法難以精確表征透明襯底上吸收薄膜光學(xué)常數(shù)的原因：(1)襯底的背面反射光為非相干光，它的存在會極大的增加擬合難度；(2)襯底光學(xué)常數(shù)(折射率和消光系數(shù))的差異會影響測量的準(zhǔn)確性，而且會在吸收薄膜的光學(xué)常數(shù)中表現(xiàn)出來，需要單獨測量其光學(xué)常數(shù)；(3)厚度與光學(xué)常數(shù)之間呈現(xiàn)強烈的關(guān)聯(lián)性。針對以上三個問題，選擇石英玻璃、載玻片、蓋玻片和普通浮法玻璃作為研究對象。采用折射率匹配法消除上述襯底背面反射光的影響。結(jié)果顯示，折射率匹配法能夠有效消除折射

3、率在1.43~1.64、波長范圍為190nm~1700nm波段的石英、浮法玻璃等透明襯底的背面反射光。之后，通過擬合橢偏參數(shù)ψ和垂直入射時的透過率T0分別得到以上襯底的折射率和消光系數(shù)。擬合得到的結(jié)果與文獻報道的趨勢一致。最后，采用橢偏參數(shù)和透過率同時擬合的方法(SE+T法)得到類金剛石薄膜(沉積在石英玻璃上)和非晶硅薄膜(沉積在載玻片、蓋玻片上)厚度的準(zhǔn)確解。
　　SE+ T法可簡單、快速得到吸收薄膜的厚度和光學(xué)常數(shù)。但由于SE

4、+T法采用直接擬合的方式求解，隨機噪聲，樣品表面的輕微污染或襯底上任何小的吸收都可能影響 SE+T擬合的光學(xué)常數(shù)的準(zhǔn)確性。因此本文將 SE+T法和光學(xué)常數(shù)參數(shù)化法結(jié)合使用，實現(xiàn)類金剛石薄膜(DLC)、非晶硅(a-Si)薄膜光學(xué)常數(shù)的參數(shù)化，以消除測量數(shù)據(jù)中的噪聲對光學(xué)常數(shù)的影響。結(jié)果顯示，結(jié)合使用時的擬合結(jié)果具有更好的唯一性，而且擬合得到的光學(xué)常數(shù)變得平滑、連續(xù)且符合Kramers-Kronig(K-K)關(guān)系。這種方法特別適合于精確表征