最新3.3薄膜光学参数测试详解ppt课件.ppt

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1、3.3薄膜光学参数测试详解Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.一、从透射、反射光谱确定薄膜的光学常数透明薄膜的光学常数测试弱吸收薄膜光学常数的确定单层、多层光学薄膜的基本测试Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.1、透明薄膜的光学常数测试“理想”透明薄膜的假设：1）薄膜具有均匀

2、的折射率；2）不考虑薄膜的色散影响；3）薄膜在各波长处的消光系数为零。R+T=1Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.考虑玻璃基板背表面的影响：厚度：几个毫米（mm）处理思路：非相干表面——前后表面之间的光强是以强度相加而不是矢量相加具体方法：空白基板（双面）透射率T0有膜样品（双面）透射率TSchl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.

3、ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.此外，还可以利用下列公式从单面透射率极值Tm（即薄膜透射率Tf对应于λ/4奇数倍的极值）中直接求解折射率：考虑薄膜材料的色散对反射率和透射率曲线的影响：当薄膜有色散时，在光学厚度为λ/4奇数倍的波长处不再是极值；但是，光学厚度为λ/2倍数的波长处仍然是极值，而与没有色散时关系一样。一般薄膜材料的折射率均有些色散，及存在色散关系。Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.

4、常用薄膜材料的“色散关系”1）Cauchy方程折射率和消光系数可以展开为波长的无穷级数，适用于透明材料如：SiO2,Al2O3,Si3N4,BK7,玻璃等，折射率的实部与消光系数可表示为：其中：多项式的系数是6个拟合的参量。Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.2）Sellmeier方程适用于透明材料和红外半导体材料，是Cauchy方程的综合，原始的Sellmeier方程仅仅用于完全透明的材料（k=0），但是有时也能

5、用于吸收区域：同理，多项式的系数是6个拟合的参量。Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.3）Lorentz经典共振模型其中：λ0是共振的中心波长，A是振荡强度，g是阻尼因子。第一个方程组中，等式右边代表无限能量（零波长）的介电函数，大多数情况下用拟合参数ε∞来代替更加符合实际情况，代表远小于测量波长的介电函数。Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室Sta

6、teKeyLab.ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.4）Forouhi-Bloomer色散关系一般只用于模拟材料的间带光谱区域的色散，也能被用于次能带隙区域以及常规的透明区域，且能处理一些带有弱吸收的薄膜的折射率色散。Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.5）Drude模型该模型主要是针对金属薄膜与金属材料。电介质函数由自由载流子决定，当ωp为等离子体频率（ωp=4πne2/m）和ν为电子散射频率时

7、，Drude介电方程为：Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.ofETFID“电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.对于不少材料，所有的色散方程在一个相当大的光谱区域都能得到很好的结果；试验测得的透射率光谱和色散方程计算所得的光谱，需要进行优化拟合，这是数学公式应用的前提；所有的色散方程都是波长的函数，在大范围内得到良好的拟合是十分困难的；薄膜光学常数的确定方法，可以应用到具有光学监控设备的薄膜制备系统中。Schl.ofOptoelectronicInform.“光电探

8、测与传感集成技术”教育部国防重点实验室StateKeyLab.ofETFID“电