一种用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置，包括放置于同一光轴上的激光器、准直透镜和第一偏振片，棱镜型SPR传感器，平面反射镜，干涉系统，放置于同一光轴上的第二偏振片和CCD镜头，计算机10；所述激光器发出的激光经过所述准直透镜和所述第一偏振片后入射到所述棱镜型SPR传感器，反射光经平面反射镜反射到干涉系统后，经过所述第二偏振片由所述CCD镜头接收干涉图像，再由计算机记录获得的干涉图像。本发明专利技术有益效果是结构简单、便于操作，采用基于激光干涉的SPR相位调制方法，且在测量过程中采用同一光路对棱镜型SPR传感器的镀膜区域和非镀膜区域进行测量，抑制了由光路引入的误差，具备较高的测量精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金属薄膜厚度的测量装置，特别是涉及一种用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置。
技术介绍
目前常用的检测薄膜厚度的方法主要有:干涉测量法、高精密显微镜测量法、椭圆偏振法、探针测量法、电容测微法、X射线衍射法等。测量纳米级金属薄膜厚度的主要方法则主要是高精密显微镜测量法和探针测量法等。其中，高精密显微镜测量法主要是利用扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)通过测量膜基台阶高度或者截断薄膜样品测量横断面的方法来确定金属薄膜的厚度；探针测量法则是利用台阶仪对金属薄膜样品表面进行接触式扫描，由此获得膜基台阶的高度信息从而确定金属薄膜的厚度。但高精密显微镜结构复杂、价格昂贵、不易操作，台阶仪的接触式测量会对薄膜样品造成损伤，破坏了样品的完整性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、便于操作且测量精度较高的非接触式测量纳米级金属薄膜厚度的装置。本专利技术所采用的技术方案是:一种用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置，包括放置于同一光轴上的激光器、准直透镜和第一偏振片，棱镜型SPR传感器,平面反射镜，干涉系统，放置于同一光轴上的第二偏振片和CCD镜头，计算机10 ;所述激光器发出的激光经过所述准直透镜和所述第一偏振片后入射到所述棱镜型SPR传感器，反射光经所述平面反射镜反射到所述干涉系统后，经过所述第二偏振片由所述CCD镜头接收干涉图像，再由所述计算机记录获得的干涉图像。另外，所述棱镜型SPR传感器选用直角三棱镜，在所述直角三棱镜斜边面设置有金属镀膜区和非镀膜区，形成膜基台阶。另外，所述直角三棱镜的材质为BK7玻璃。另外，所述棱镜型SPR传感器设置在底部带有XYZ三维平移导轨的转角平台上。另外，所述激光器米用输出波长为632.8nm的氦氖激光器。另外，金属薄膜为金、银、铝或钼。本专利技术的有益效果是:装置结构简单、便于操作，采用基于激光干涉的SPR相位调制方法，且在测量过程中采用同一光路对棱镜型SPR传感器的镀膜区域和非镀膜区域进行测量，抑制了由光路引入的误差，因此具备较高的测量精度。附图说明图1是本专利技术的用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置示意图， 图2是本专利技术的棱镜型SPR传感器放置在转角平台上的示意图，图3是本专利技术的转角平台固定在XYZ三维平移导轨上的示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明:表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)效应是一种特殊的物理光学现象。利用光波在介质与金属交界面上发生全反射时所产生的倏逝波，可以引发金属表面自由电子的集体振荡，从而形成表面等离子体波(Surface Plasmon Wave, SPW),它的磁场矢量方向平行于介质与金属的交界面，磁场强度在交界面处达到最大值且在两种介质中呈现指数型衰减趋势，当入射光波矢等于表面等离子体波波矢时，即可激发SPR效应。目前，基于SPR技术建立的棱镜型和光纤型SPR传感器的应用领域主要集中在化学和生命科学方面，最主要的用途是测量溶液折射率，还可以进一步测量一些物质的结构、特性及其相互作用等。在利用棱镜型SPR传感器测量溶液折射率的应用中发现，SPR传感器所镀金属薄膜的厚度对反射光的反射率和相位变化有直接影响，受此启发，本专利技术是基于SPR相位调制方法的检测系统和装置，用以测量金属薄膜的厚度，以此为测量纳米级金属薄膜厚度提供一种新的途径。如图1所示，本专利技术用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置，包括激光器I，准直透镜2，第一偏振片3，XYZ三维平移导轨和转角平台4，转角平台4上设置有夹持器，棱镜型SPR传感 器5夹持在转角平台4的夹持器上，平面反射镜6，干涉系统7，第二偏振片8,(XD镜头9和计算机10。激光器I,准直透镜2,第一偏振片3依次放置于同一光轴上形成光源部；干涉系统7是由两个偏振分光镜701、704和两个平面反射镜702、703组成，偏振分光镜701、704和平面反射镜702、703的四个反射面中心分别位于一个矩形的四个角上，四个反射面平行放置且和矩形边界呈45°夹角，光线入射到干涉系统中，经偏振分光镜701分成TM偏振波和TE偏振波，其中TM偏振波经偏振分光镜701透射而出，TE偏振波经偏振分光镜701以90°反射，二者再分别经过平面反射镜702、703反射后在偏振分光镜704处汇聚，其中TM偏振波经偏振分光镜704透射而出，TE偏振波经偏振分光镜704以90°反射，两个正交的线性偏振波重新汇聚成一束光线；第二偏振片8和C⑶镜头9放置于同一光轴上，由CXD镜头9接收干涉图像，再由计算机系统10记录获得的干涉图像。如图2所示，棱镜型SPR传感器5由直角三角形棱镜501和在棱镜斜边底面所镀金属薄膜502组成，这里金属薄膜502只镀在斜边面一半的区域，另一半区域为非镀膜区503，由此形成膜基台阶。如图3所示，棱镜型SPR传感器5用夹持器固定在组装好的XYZ三维平移导轨401的转角平台4上，能够实现四个自由度的移动。本专利技术中米用的激光器为输出波长为632.8nm的氦氖激光器,棱镜材质为BK7玻璃，金属薄膜米用金膜。本专利技术测量的金属类型包括金、银、铝、钼等，可以测量的厚度不超过lOOnm，优选为30-80nm，测量精度可以达到0.lnm。测量过程如下:由激光器I发出的激光经过准直透镜2和第一偏振片3后入射到放置在XYZ三维平移导轨和转角平台4上的棱镜型SPR传感器5斜边面的镀膜区域，调整XYZ三维平移导轨和转角平台使入射光以SPR效应共振角入射到棱镜501与金属薄膜502界面上，反射光经过平面反射镜6校正方向，入射到干涉系统7中，偏振分光镜701先将反射光分为TM偏振波和TE偏振波，而后分别沿等光程路径传播，经平面反射镜702、703反射后在偏振分光镜704处汇聚,然后经过第二偏振片8使TM偏振波和TE偏振波产生干涉效应，由CXD镜头9接收干涉图像，再由计算机系统10记录获得的干涉图像。记录镀膜区域图像后，调整XYZ三维平移导轨和转角平台4中的Z方向导轨，使入射光入射到棱镜型SPR传感器5斜边面的非镀膜区域，观察干涉图像条纹的偏移，并由计算机系统10记录新的干涉图像。通过对比两幅干涉图像中的信息，可以计算出两幅干涉图像中干涉条纹的偏移量和干涉图像中相邻干涉条纹的间隔量，由此信息可以最终求得金属薄膜厚度的信息。值得指出的是，本专利技术的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本专利技术的基本技术构思，只要本领域普通技术人 员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本专利技术的保护范围。权利要求1.一种用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置，其特征是:包括放置于同一光轴上的激光器(I)、准直透镜(2)和第一偏振片(3),棱镜型SPR传感器(5),平面反射镜(6)，干涉系统(7)，放置于同一光轴上的第二偏振片(8)和C⑶镜头(9)，计算机(10);所述激光器(I)发出的激光经过所述准直透镜(2)和所述第一偏振片(3)后入射到所述棱镜型SPR传感器(5)，反射光经所述平面反射镜(6)反射到所述干涉系统(7)后，经过所述第二偏振片(8)由所述C⑶镜头(9)接收干涉图像，再由所述计算机(10)记本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置，其特征是：包括放置于同一光轴上的激光器（1）、准直透镜（2）和第一偏振片（3），棱镜型SPR传感器（5），平面反射镜（6），干涉系统（7），放置于同一光轴上的第二偏振片（8）和CCD镜头（9），计算机（10）；所述激光器（1）发出的激光经过所述准直透镜（2）和所述第一偏振片（3）后入射到所述棱镜型SPR传感器（5），反射光经所述平面反射镜（6）反射到所述干涉系统（7）后，经过所述第二偏振片（8）由所述CCD镜头（9）接收干涉图像，再由所述计算机（10）记录获得的干涉图像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆钢，刘超，樊志国，刘士毅，陈良泽，梁君，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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