光学薄膜的椭偏测量与研究

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1、光学薄膜的椭偏测量与研究硕士学位论文题目光学薄膜的椭偏测量与研究作者王者完成日期2015年3月25日学科门类材料科学与工程专业材料学研究方向光学薄膜指导教师肖峻（校内）马孜（校外）学院（系、部）电气信息工程学院授予学位日期年月日光学薄膜的椭偏测量与研究摘要椭偏法测量是光学薄膜测量方法中非常重要的一种方法。它具有许多其他测量法所不具备的优点。本文介绍了椭偏法的发展历程，应用以及椭偏法测量的原理。重点介绍了各个色散模型的理论以及适用的材料和波段，并介绍了椭偏法测量中的难点，物理模型的建立方法。采用电子束蒸发法，用TXX550-Ⅱ型箱式真空镀膜机在K9玻璃衬

2、底上分别制备了TiO2薄膜，ZrO2薄膜以及3种不同厚度的ZnS薄膜。采用德国产的SENTCHSE850F反射式光谱型椭偏仪分别测量样品，拟合样品数据。测量时入射角度为700。ZnS薄膜的色散模型选取为Brendelmodel，物理模型“基底（K9玻璃）/有效介质层（50%K9玻璃及50%ZnS）/ZnS薄膜/表面粗糙层（50%ZnS玻璃及50%空气）/空气”，K9玻璃基底上覆盖界面层EMA（effectivemediumapproximation），其上覆盖单层ZnS薄膜，在ZnS层与Air层之间加入表面粗糙层。结果显示，评价函数MSE（meansq

3、uareerror）为2.95，EMA层厚度为0nm，表面粗糙层的厚度为3.14nm。ZnS的折射率在3000nm~12500nm范围内随着波长的增加而减小，消光系数也随着波长的增加而减小，且长波趋于零。Brendelmodel能够很好的描述ZnS薄膜在此波段的光学特性。TiO2薄膜的色散模型选为Tauc-Lorentzoscillator。物理模型设计为：基底/界面层（EMA）/非均匀的TiO2子层（Tauc-Lorentzoscillator）/表面粗糙层（即表面散射层）/空气，测量波长范围300nm~2500nm。结果显示：当子层数为4层时，MS

4、E为0.9419不再减小，EMA厚度为3.53nm，粗糙层厚度为6.64nm。折射率在短波区出现了反常色散，其他波长范围随着波长的增加而减小。在薄膜厚度增加方向上子层的折射率出现增加的变化，折射率的最大变化为2500nm处的0.124。Tauc-Lorentzoscillator色散模型能够很好的描述TiO2在此波段的光学特性。折射率出现正非均匀性变化。IV光学薄膜的椭偏测量与研究ZrO2薄膜的色散模型选取为Cauchymodel，物理模型设计为：基底/界面层/非均匀ZrO2子层（Cauchy）/表面粗糙层/空气。测量波长范围300nm~900nm。结

5、果显示，当子层数为3时，评价函数MSE为1.0012不再继续减小。EMA为0nm，表面粗糙层为6.11nm。折射率随着波长的增加而减小。在薄膜厚度增加方向上子层的折射率出现减小的变化。折射率的最大变化为300nm处的0.094。Cauchy色散模型能够很好的描述此波段的ZrO2的光学特性。折射率出现负非均匀性变化。关键字：ZnS薄膜；TiO2薄膜；ZrO2薄膜；椭偏法；物理模型IVOopticalthinfilmmeasurementandresearchbyellipsometryAbstractEllipsometryisaveryimportan

6、tmethod.Ithasmanyadvantagesthatothermeasurementsdonothave.Thispaperintroducesdevelopmentofellipsometry,applicationsofellipsometry,andthetheoryofspectroscopicellipsometry.Focusesonthetheoryofvariousdispersionmodelsandmethodofestablishingphysicalmodel.TiO2films,ZrO2filmsandZnSfilm

7、swithdifferentthicknesswerepreparedonK9glasssubstratebyelectronicbeamevaporation.Usingmethodofopticalextremummonitorit.Thecontrolcenterwavelengthis700nm.UsingtheGermanmadeSENTCHSE850Freflectivespectroscopicellipsometrymeasurementsample.Theincidenceangleis700.Themeasureddataoffil

8、mZnSwerefittedbyBrendeloscillator,andbasedonZnS