一种超薄薄膜光学常数的表征方法技术

一种采用分光光度计对超薄光学薄膜光学常数进行表征的方法，所述方法包含以下几个步骤：计算光学透明的玻璃基板的折射率；沉积参考薄膜并计算参考薄膜的折射率；沉积待测超薄薄膜并用参考薄膜的折射率对待测超薄薄膜的折射率进行修正；计算待测超薄薄膜的消光系数。本发明专利技术能够利用分光光度计测试的透射光谱对超薄光学薄膜的折射率和消光系数进行表征，该方法对光学透明和弱吸收薄膜均适用。该方法对光学透明和弱吸收薄膜均适用。该方法对光学透明和弱吸收薄膜均适用。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄薄膜光学常数的表征方法


[0001]本专利技术涉及光学薄膜光学常数表征方法，特别是一种超薄光学薄膜光学常数表征的方法。

技术介绍

[0002]精确表征薄膜的光学常数是实现高性能光学薄膜元件的前提。随着薄膜制备技术和厚度监控技术的进步，膜系设计中往往有各种厚度不等的薄膜层。因此，对于各种厚度的薄膜光学常数进行表征是非常重要的。当光学薄膜达到一定厚度时，在关注的波长范围内，薄膜透射率光谱曲线中会出现多个极值点，通过透射率极大值和极小值的包络线能够计算出光学薄膜在该波长范围内的折射率和消光系数。然而，对于薄膜厚度较薄的膜层，尤其是厚度仅有数十纳米的超薄光学薄膜，其透射率光谱曲线在关注的波长范围内如没有极值点，基于透射率极大值和极小值包络线的计算方法不再适用。目前，通常将超薄光学薄膜沉积在硅片上，采用椭偏仪对沉积在硅片上的超薄光学薄膜的光学常数进行表征分析。但对于不同的基板，薄膜在生长初期的特性不同，沉积在硅片和玻璃基板上的超薄光学薄膜的光学常数存在差异。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种采用分光光度计对超薄光学薄膜光学常数进行表征的方法，该方法能够对沉积在光学透明的玻璃基板上的超薄薄膜的光学常数进行表征，该方法对光学透明的超薄薄膜和具有弱吸收的超薄薄膜均适用。
[0004]本专利技术的技术解决方案如下：
[0005]一种超薄光学薄膜光学常数表征的方法，其特点在于该方法包括下列步骤：
[0006]步骤1.利用分光光度计测试光学透明的玻璃基板S在正入射条件下的透射光谱，并计算光学透明的玻璃基板S在各波长下的折射率n
S
(λ
j
)，所述波长为λ
min
～λ
max
，各波长点间隔为Δλ；
[0007]步骤2.在所述光学透明的玻璃基板S上沉积参考薄膜A制备成参考样品S
A
，参考薄膜A的光学厚度d
A
不小于利用分光光度计测试参考样品S
A
在正入射条件下的透射光谱，并计算参考薄膜A在各波长下的折射率n
A
(λ
j
)；
[0008]步骤3.在所述光学透明的玻璃基板S上沉积待测超薄薄膜B制备成待测样品 S
B
，该待测超薄薄膜B的材料与参考薄膜A的材料相同，表征待测超薄薄膜B的厚度d
B
，利用分光光度计测试待测样品S
B
在正入射条件下的透射光谱。假设待测超薄薄膜B在各波长下的消光系数k
B
(λ
j
)为0，计算待测超薄薄膜B在各波长下的折射率n
B
(λ
j
)。并用n
A
(λ
j
)对n
B
(λ
j
)进行修正，获得修正后的待测超薄薄膜B在各波长下的折射率n
B
(λ
j
)；
[0009]步骤4.计算待测超薄薄膜B的消光系数k
B
(λ
j
)。
[0010]根据上述采用分光光度计对超薄光学薄膜光学常数进行表征的方法，其特点在于，所述步骤1.利用分光光度计测试光学透明的玻璃基板S在正入射条件下的透射光谱，并计算光学透明的玻璃基板S在各波长下的折射率n
S
(λ
j
)，所述波长为λ
min
～λ
max
，各波长点间隔为Δλ，具体步骤如下：
[0011]a.利用分光光度计测试光学透明的玻璃基板S在正入射条件下的透射光谱，获得光学透明的玻璃基板S在最小波长λ
min
至最大波长λ
max
之间各波长点λ处的透射率T
0S
(λ)，各波长点间隔为Δλ；
[0012]b.根据公式(1)消除光学透明的玻璃基板S后表面的影响，获得光学透明的玻璃基板S前表面在各波长点λ处的透射率T
S
(λ)；
[0013][0014]c.根据公式(2)，计算j＝0时光学透明的玻璃基板S在波长点λ
j
＝λ
min
+j
·
Δλ处的折射率n
S
(λ
j
)；
[0015][0016]其中，n0指空气的折射率；
[0017]d.令j＝j+1，重复步骤c，直至λ
j
＝λ
max
。
[0018]根据上述采用分光光度计对超薄光学薄膜光学常数进行表征的方法，其特点在于，所述步骤2.在所述光学透明的玻璃基板S上沉积参考薄膜A制备成参考样品S
A
，参考薄膜A的光学厚度d
A
不小于利用分光光度计测试参考样品S
A
在正入射条件下的透射光谱，并计算参考薄膜A在各波长下的折射率n
A
(λ
j
)，具体步骤如下：
[0019]a.超声清洗光学透明的玻璃基板S，在表面洁净的光学透明的玻璃基板S上沉积参考薄膜A，参考薄膜A的光学厚度d
A
不小于
[0020]b.利用分光光度计测试参考样品S
A
在正入射条件下的透射光谱，获得参考样品S
A
在最小波长λ
min
至最大波长λ
max
之间的各波长点λ处的透射率T
SA
(λ)；将参考样品S
A
的透射率极大值点与透射率极小值点分别连接起来作两条包络线，获得最小波长λ
min
至最大波长λ
max
之间的各波长点λ的透射率极大值 T
max
(λ)和透射率极小值T
min
(λ)。
[0021]c.根据公式(3)计算j＝0时参考薄膜A在波长点λ
j
＝λ
min
+j
·
Δλ处的折射率 n
A
(λ
j
)；
[0022][0023]式中，
[0024][0025]d.令j＝j+1，重复步骤c，直至λ
j
＝λ
max
。
[0026]根据上述采用分光光度计对超薄光学薄膜光学常数进行表征的方法，其特点在于，所述步骤3.在所述光学透明的玻璃基板S上沉积待测超薄薄膜B制备成待测样品S
B
，该待测超薄薄膜B的材料与参考薄膜A的材料相同，表征待测超薄薄膜B 的厚度d
B
，利用分光光度计测试待测样品S
B
在正入射条件下的透射光谱。假设待测超薄薄膜B在各波长下的消光系数k
B
(λ
j
)为0，计算待测超薄薄膜B在各波长下的折射率n
B
(λ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄光学薄膜光学常数表征的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤1.利用分光光度计测试光学透明的玻璃基板S在正入射条件下的透射光谱，并计算光学透明的玻璃基板S在各波长下的折射率n
S
(λ
j
)，所述波长为λ
min
～λ
max
，各波长点间隔为Δλ；步骤2.在所述光学透明的玻璃基板S上沉积参考薄膜A制备成参考样品S
A
，参考薄膜A的光学厚度d
A
不小于利用分光光度计测试参考样品S
A
在正入射条件下的透射光谱，并计算参考薄膜A在各波长下的折射率n
A
(λ
j
)；步骤3.在所述光学透明的玻璃基板S上沉积待测超薄薄膜B制备成待测样品S
B
，该待测超薄薄膜B的材料与参考薄膜A的材料相同，表征待测超薄薄膜B的厚度d
B
，利用分光光度计测试待测样品S
B
在正入射条件下的透射光谱。假设待测超薄薄膜B在各波长下的消光系数k
B
(λ
j
)为0，计算待测超薄薄膜B在各波长下的折射率n
B
(λ
j
)；并用n
A
(λ
j
)对n
B
(λ
j
)进行修正，获得修正后的待测超薄薄膜B在各波长下的折射率n
B
(λ
j
)；步骤4.计算待测超薄薄膜B的消光系数k
B
(λ
j
)。2.根据权利要求1所述的采用分光光度计对超薄光学薄膜光学常数进行表征的方法，其特征在于，所述步骤1.利用分光光度计测试光学透明的玻璃基板S在正入射条件下的透射光谱，并计算光学透明的玻璃基板S在各波长下的折射率n
S
(λ
j
)，所述波长为λ
min
～λ
max
，各波长点间隔为Δλ，具体步骤如下：a.利用分光光度计测试光学透明的玻璃基板S在正入射条件下的透射光谱，获得光学透明的玻璃基板S在最小波长λ
min
至最大波长λ
max
之间各波长点λ处的透射率T
0S
(λ)，各波长点间隔为Δλ；b.根据公式(1)消除光学透明的玻璃基板S后表面的影响，获得光学透明的玻璃基板S前表面在各波长点λ处的透射率T
S
(λ)；c.根据公式(2)，计算j＝0时光学透明的玻璃基板S在波长点λ
j
＝λ
min
+j
·
Δλ处的折射率n
S
(λ
j
)；其中，n0指空气的折射率；d.令j＝j+1，重复步骤c，直至λ
j
＝λ
max
。3.根据权利要求1所述的超薄光学薄膜光学常数表征的方法，其特征在于，所述步骤2.在所述光学透明的玻璃基板S上沉积参考薄膜A制备成参考样品S
A
，参考薄膜A的光学厚度d
A
不小于利用分光光度计测试参考样品S
A
在正入射条件下的透射光谱，并计算参考薄膜A在各波长下的折射率n
A
(λ
j
)，具体步骤如下：
a.超声清洗光学透明的玻璃基板S，在表面洁净的光学透明的玻璃基板S上沉积参考薄膜A，参考薄膜A的光学厚度d
A
不小于b.利用分光光度计测试参考样品S
A
在正入射条件下的透射光谱，获得参考样品S
A
在最小波长λ
min
至最大波长λ
max
之间的各波长点λ处的透射率T
SA
(λ)；将参考样品S
A
的透射率极大值点与透射率极小值点分别连接起来作两条包络线，获得最小波长λ
min
至最大波长λ
max
之间的各波长点λ的透射率极大值T
max
(λ)和透射率极小值T
min
(λ)。c.根据公式(3)计算j＝0时参考薄膜A在波长点λ
j
＝λ
min
+j
·
Δλ处的折射率n
A
(λ
j
)；式中，d.令j＝j+1，重复步骤c，直至λ
j
＝λ
max
。4.根据权利要求1所述的超薄光学薄膜光学常数表征的方法，其特征在于，所述步骤3.在所述光学透明的玻璃基板S上沉积待测超薄薄膜B制备成待测样品S
B
，该待测超薄薄膜B的材料与参考薄膜A的材料相同，表征待测超薄薄膜B的厚度d
B
，利用分光光度计测试待测样品S
B
在正入射条件下的透射光谱，假设待测超薄薄膜B在各波长下的消光系数k
B
(λ
j
)为0，计算待测超薄薄膜B在各波长下的折射率n
B<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱美萍，张雪晨，李静平，邵建达，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：