【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于椭圆偏振测量相关，具体地涉及基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法。
技术介绍
1、随着柔性电子在先进显示和智能传感等领域应用的深入发展，以聚合物和玻璃等为代表的透明材料因其优异而稳定的表面质量、力学性能和物理特性等被广泛用作薄膜器件的基底。这些基底不仅为附着的薄膜提供机械支撑，保护其免受物理和化学损伤，同时也直接作用于器件性能。例如，具有高水/氧透过性和机械可变形性的聚合物基底被广泛用于可穿戴设备，以满足高透气性和柔性需求。此外，基底也会对薄膜器件的制备工艺产生影响，例如，适用于卷到卷快速制造的柔性透明基底可以实现薄膜器件低成本制造。然而，薄膜制备过程中不可避免会受到加工环境、材料性能等影响，例如薄膜与基底间热膨胀系数不同会产生残余应力而引起沉积的薄膜厚度发生变化，这进一步会导致最终薄膜器件性能的变化。因此，对薄膜参数的监测，尤其是在加工过程中其参数变化对薄膜制造至关重要。
2、光学测量方法具有无损、高精、高速等优点，是薄膜测量中主流的测量方式。其中，透射型测量法，如透射椭偏法和透射光谱法，对来自基底的信号具有良好的敏感度，而对基底前信号的灵敏度相对较低使得这类方法更适用于块体材料测量。而相对的基于反射式的测量方法，如光谱反射法和光谱椭偏法，更适用于薄膜参数测量。其中椭偏法通过测量样品反射信号偏振态的变化来确定薄膜参数具有更高的准确性和鲁棒性，是薄膜测量的主要方法。
3、然而，透明基底给这些基于反射式的薄膜测量方法带来了挑战。来自基底背面的反射信号与基底前反射的信号混合在一起被探测器
4、现有方法通常采用物理手段减小透明基底背反射影响，包括将基底背面打磨以散射背反射信号，将基底加工为楔形将背面反射信号射出系统或者通过匹配介质吸收背面信号，这些实验方法虽然可以减小背反射影响但都属于接触式有损测量且测量效率不足。通过准确光学建模描述基底背反射效应有望实现透明基底(衬底)薄膜快速无损测量。但是现有的光学建模方法，如基于穆勒矩阵的建模方法虽然可以解决非相干引起的退偏问题，但无法描述部分叠加引起的问题。
5、因此，本领域亟待建立一种准确描述基底背反射效应的光学模型，使得透明基薄膜快速无损测量得以实现。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，该方法用于解决透明基底薄膜背反射难以建模的问题，通过建立准确描述基底背反射效应的非相干部分叠加模型，利用角分辨椭偏测量装置实现透明基底薄膜快速无损测量。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，包括以下步骤：
3、s1、建立包含背反射的非相干部分叠加模型(ips)，修正透明基底背反射的影响；
4、s2、建立角分辨椭偏测量装置(are)及相应的角分辨椭偏参数光谱(ars)快速获取方法；
5、s3、利用厚度已知的标准透明平板标定are测量参考图像及ips背反射修正函数；
6、s4、利用已标定的ips-are系统测量透明基底薄膜的ars，进而拟合表征薄膜光学和几何参数及其基底厚度。
7、作为上述方案的进一步地改进，所述步骤s1中透明基底背反射光束与前反射光束间重叠面积随入射角、系统孔径、基底厚度及折射率等变化，采用相干矩阵建立包含背反射的ips模型：rt＝r012+fht012r20(i-fhr210r20)-1t210
8、其中：r012,t012,r210,t210以及r20分别为基底上薄膜透反射系数以及基底背面边界反射系数的相干矩阵；i是单位阵；fh是描述背反射光部分叠加效应受入射角、系统孔径、基底厚度及折射率影响的修正函数。
9、作为上述方案的进一步地改进，，所述步骤s2具体包括：
10、s21、are装置由偏振发生器、非偏振分束器、物镜、偏振分析器、成像透镜组以及面阵相机组成，
11、其中：成像透镜组由第一透镜和第二透镜组成，其前后焦面分别与物镜的后焦面(bfp)和面阵相机面重合；
12、由偏振发生器调制的偏振光经过物镜以不同入射角射入样品并反射，不同入射角的光束汇聚于物镜bfp不同空间位置；
13、物镜bfp图像经过偏振发生器调制，由成像透镜组成像在面阵相机上；
14、s22、以标准样品bfp图像为参考计算待测薄膜bfp反射率图像，进一步对反射率图像做傅里叶变换，快速提取待测薄膜的穆勒矩阵元素ars。
15、作为上述方案的进一步地改进，所述步骤s3具体包括：
16、利用厚度已知透明平板样品，获取are装置bfp参考图像，并计算对应厚度样品ips模型的修正函数角频率，并利用多项式拟合建立修正函数角频率与基底厚度间的数学关系，实现ips模型背反射修正函数的标定。作为上述方案的进一步地改进，所述步骤s4具体包括：
17、利用are装置快速获取透明基底薄膜的bfp反射率图像，快速获取样品的椭偏参数me，将其同基于ips模型的透明基底薄膜理论椭偏参数ms相匹配，获取薄膜光学和几何参数以及基底厚度。
18、作为上述方案的进一步地改进，利用非线性回归算法匹配ips模型的ms和测量的me，直接计算透明基底薄膜光学和几何参数以及基底厚度。
19、作为上述方案的进一步地改进，通过计算基底上薄膜光学和几何参数以及修正函数的角频率，再由角频率与基底厚度线性关系获取基底厚度。
20、总体而言，本专利技术提出了一种基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，解决了现有技术难以消除透明基底薄膜背反射影响的问题，通过建立准确描述基底背反射效应的非相干部分叠加模型，利用角分辨椭偏测量装置实现透明基底薄膜快速无损测量表征。该方法具备下列有益效果：
21、1.本专利技术利用基底前后反射光束在系统孔径内重叠面积的变化，建立了透明基底背反射信号随入射角、系统孔径、基底厚度及折射率变化的数学关系，准确描述了背反射部分叠加效应；
22、2.本专利技术进一步利用修正函数修正背反射随入射角的变化，建立了函数角频率与基底厚度的数学关系，可以实现基底厚度的快速解算；
23、3.本专利技术利用基于相干矩阵的非相干光叠加以及修正函数修正背反射光，建立了透明基底背反射非相干部分叠加(ips)模型，可以实现透明基底薄膜的准确光学建模；
24、4.本专利技术利用角分辨椭偏单帧快照式测量优势，基于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，所述步骤S1中透明基底背反射光束与前反射光束间重叠面积随入射角、系统孔径、基底厚度及折射率等变化，采用相干矩阵建立包含背反射的IPS模型：
3.根据权利要求1所述的基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，利用非线性回归算法匹配IPS模型的MS和测量的ME，直接计算透明基底薄膜光学和几何参数以及基底厚度。
7.根据权利要求5所述的基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，通过计算基底上薄膜光学和几何参数以及修
...【技术特征摘要】
1.基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，所述步骤s1中透明基底背反射光束与前反射光束间重叠面积随入射角、系统孔径、基底厚度及折射率等变化，采用相干矩阵建立包含背反射的ips模型：
3.根据权利要求1所述的基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于角分辨椭偏的透明基底薄膜表征快速测量方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王健，彭立华，郑春平，杨俊，周莉萍，
申请(专利权)人：广东中旺自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。