1、姓名： 范麗晶 班級：應用物理071 學號： 07411200126 成績： 材料物理實驗報告實驗時間年月日實驗名稱用薄膜測厚儀測量薄膜厚度及折射率實驗目的1、了解測量薄膜厚度及折射率的方法，熟悉測厚儀工作的基本原理。2、通過本實驗了解薄膜表面反射光和薄膜與基底界面的反射光相干形成反射譜原理。3、借助光學常數，對薄膜材料的光學性能進行分析。實驗儀器測厚儀、已制備好薄膜數片、參考反射板（硅片）實驗原理SGC-10薄膜測厚儀，適用于介質，半導體，薄金屬，薄膜濾波器和液晶等薄膜和涂層的厚度測量。該薄膜測厚儀采用new-span公司先進的薄膜測厚技術，基于白光干涉的原理來測定薄膜的厚度和光學常數（折射

2、率n，消光系數k）。它通過分析薄膜表面的反射光和薄膜與基底界面的反射光相干形成的反射譜，用相應的軟件來擬合運算，得到單層或多層膜系各層的厚度d，折射率n，消光系數k。在一光學材料上鍍各向同性的單層介質膜后，光線的反射和折射在一般情況下會同時存在的。通常，設介質層為n1、n2、n3，1為入射角，那么在1、2介質交界面和2、3介質交界面會產生反射光和折射光的多光束干涉，如圖(1-1) 圖(1-1)這里我們用2表示相鄰兩分波的相位差，其中 =2dn2cos2/ ，用r1p、 r1s表示光線的p分量、s分量在界面1、2間的反射系數， 用r2p 、r2s表示光線的p分、s分量在界面2、3間的反射系數。

3、由多光束干涉的復振幅計算可知： 其中Eip和Eis 分別代表入射光波電矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分別代表反射光波電矢量的p分量和s分量。現將上述Eip、Eis 、Erp、Ers四個量寫成一個量G，即：我們定義G為反射系數比，它應為一個復數，可用tg和表示它的模和幅角。上述公式的過程量轉換可由菲涅耳公式和折射公式給出：G是變量n1、n2、n3、d、1的函數(2 、3可用1表示) ，即=tg-1f，=arg| f |， 稱和為橢偏參數，上述復數方程表示兩個等式方程：tge i的實數部分 =的實數部分tge i的虛數部分 =的虛數部分若能從實驗測出和的話，原則上可以解出n2和d (n1、n

4、3、1已知)，根據公式(4)(9)，推導出和與r1p、r1s、r2p、r2s、和的關系：由上式經計算機運算，可制作數表或計算程序。 這就是橢偏儀測量薄膜的基本原理。若d是已知，n2為復數的話，也可求出n2的實部和虛部。那么，在實驗中是如何測定和的呢？現用復數形式表示入射光和反射光：由式(3)和(12)，得：其中：這時需測四個量，即分別測入射光中的兩分量振幅比和相位差及反射光中的兩分量振幅比和相位差，如設法使入射光為等幅橢偏光，Eip/Eis = 1，則tg=|Erp/Ers|；對于相位角，有：因為入射光ip-is連續可調，調整儀器，使反射光成為線偏光，即rp-rs=0或()，則=-(ip-is

5、)或=-(ip-is)，可見只與反射光的p波和s波的相位差有關，可從起偏器的方位角算出。對于特定的膜，是定值，只要改變入射光兩分量的相位差(ip-is)，肯定會找到特定值使反射光成線偏光，rp-rs=0或()。實驗步驟運行程序，如果出現錯誤提示窗口，請確認USB線已連接好儀器與計算機。關閉程序，連接好USB線，并重新啟動程序。第一次按“Measure”鍵時，如果出現下面的錯誤窗口，則是因為沒有把軟件安裝在默認目錄下。這時，請按下“Continue”按鈕（也許需要連按5次），再切換到“Measurement Setting”面板，選擇薄膜層數4，再從材料數據庫中選擇基底和四層薄膜的材料（隨便選取

6、），然后按“Save Setting”，以后就不會再出現錯誤窗口了。1 打開儀器電源，進行光源預熱。2 運行軟件，設置光譜儀參數為“3311”，即“Int. Time”值為3，“Sample”值為3，“Boxcar”值為1，“Data Ave.”值為1。3 測厚儀出廠時，焦距已調好，近似認為出射為平行光，省略調焦步驟。在平臺上放上參考 硅片，調節水平旋鈕1，2，使軟件界面“Power”值最大。即可認為樣品表面和光束垂直。4 調節光闌大小，試軟件界面上左側的坐標達到“4000”。5 按下“Store Reference”來保存參考板曲線。6 拿開硅片，按下“Store Dark”來保存暗噪聲。7

7、 放上待測樣品，調節水平旋鈕1，2使“Power”最大。8 點擊“Scope Mode”切換為“Reflectance Mode”。9 在“Measurement Setting”界面，從數據庫中選擇基底和薄膜的材料。10 切換到“Measurement”界面，點擊measure來測量。計算結束后，就會在結果欄 中顯示測量結果了。數據記錄與結論分析1. 入射角為60度時：快速法繪圖法建表法折射率1.4791.4701.479厚度/nm178.10180.00178.102. 入射角為65度時：快速法繪圖法建表法折射率1.4811.4801.481厚度/nm175.20175.00175.203. 入射角為70度時：快速法繪圖法建表法折射率1.4821.4801.482厚度/nm173.30174.00173.30求平均值：結果為 折射率=1.479 薄膜厚度=175.80 nm指導老師 思考與收獲通過實驗，我們可以知道SGC-10薄膜測厚儀具有如下優點：1  非接觸式測量，用光纖探頭來接收反射光，不會破壞和污染薄膜；2  測量速度快，測量時間為秒的量級；3  可用來測薄膜厚度，也可用來測量薄膜的折射率n和消光吸收k；4  可測單