实验三 干涉显微镜测量薄膜厚度
光学干涉式薄膜测厚仪校准实验报告
光学干涉式薄膜测厚仪校准实验报告《光学干涉式薄膜测厚仪校准规范》实验报告一.实验目的光学干涉式薄膜测厚仪在薄膜厚度测量上具有非接触、多材料、安全性高等优点，在薄膜材料制造及应用等领域中具有广泛的应用。
规范制定小组在参考相关生产厂家的技术说明的基础上，为了确认本规范的计量性能指标和校准方法是否合理，针对校准规范上确定的计量特性及校准项目，对哈尔滨工程大学的自研仪器，白光干涉式薄膜厚度测量仪进行实验。
以下实验是在实验室环境和仪器状况都符合要求的基础上进行的。
二.实验地点与环境情况地点：哈尔滨工程大学理学楼光学实验室；温度：20±2℃；湿度：55%RH。
三.实验用标准器四.实验方法与数据记录1.厚度测量重复性校准方法及实验记录（1）校准方法在仪器的有效测量范围内，选取一个厚度标准片，其厚度值大约分布在仪器量程的二分之一处，重复测量厚度标准片10次，记录仪器输出结果d i，按公式（1）计算该组实验标准偏差s：s=√1n−1∑(d i−d)2ni=1（1）式中：d i--第i次测量的仪器示值，μm；d--10次测量的算术平均值，μm；n--测量次数，n=10。
根据公式（2）计算仪器厚度相对测量重复性s rel：s rel=sd̅×100%（2）光源光谱范围以及探头工作波长的选择应与实际测量应用时相一致。
（2）实验数据记录与处理根据上述的厚度测量重复性校准方法，对标称值为31.46μm厚度标准片的厚度重复10次的测量结果如表1所示。
通过表1的结果可以看出，标称值为31.46μm的厚度标准片测量相对重复性为0.11%。
满足校准规范征求意见稿中相关参数要求。
2.厚度测量示值稳定性校准方法及实验记录（1）校准方法选取1块厚度标准片，其厚度值大约分布在仪器量程的二分之一处，对其厚度进行测量，在1h内，每隔15min测量1组并记录仪器读数，每组测量5次，取其平均值作为该组测量结果，共测量5组，5组结果中最大最小差值除以厚度标准片的实际厚度值的百分数作为仪器的相对示值稳定性。
测量薄膜厚度的方法
测量薄膜厚度的方法一、引言薄膜广泛应用于电子、光学、材料等领域，因此准确测量薄膜的厚度对于质量控制和产品性能评估至关重要。
本文将介绍几种常用的测量薄膜厚度的方法。
二、显微镜法显微镜法是一种常见的测量薄膜厚度的方法。
通过显微镜观察薄膜表面的颜色变化，利用颜色与厚度之间的关系确定薄膜的厚度。
这种方法非常简单易行，但对于颜色辨识的要求较高，且只适用于透明的薄膜。
三、椭偏仪法椭偏仪法是一种基于光学原理的测量方法。
通过测量薄膜对光的旋光性质，可以推算出薄膜的厚度。
椭偏仪法具有高精度和较大的测量范围，在光学薄膜领域得到广泛应用。
四、干涉法干涉法是一种基于光学干涉原理的测量方法。
利用光的干涉现象，通过测量干涉条纹的特征，可以推断薄膜的厚度。
常见的干涉法有菲涅尔反射干涉法、Michelson干涉法等。
干涉法具有高精度和无损测量的特点，被广泛应用于光学薄膜的测量。
五、X射线衍射法X射线衍射法是一种非常常用的测量薄膜厚度的方法。
通过将X射线照射到薄膜上，根据衍射光的特征，可以计算出薄膜的厚度。
X 射线衍射法具有非常高的精度和广泛的适用范围，被广泛应用于材料科学和工程领域。
六、扫描电子显微镜法扫描电子显微镜法是一种通过扫描电子束与样品的相互作用来测量薄膜厚度的方法。
通过扫描电子显微镜观察样品表面的形貌变化，可以推算出薄膜的厚度。
这种方法具有高分辨率和较大的测量范围，被广泛应用于材料科学和纳米技术领域。
七、原子力显微镜法原子力显微镜法是一种通过探针与样品表面的相互作用来测量薄膜厚度的方法。
通过原子力显微镜观察样品表面的拓扑特征，可以计算出薄膜的厚度。
原子力显微镜法具有非常高的分辨率和较大的测量范围，广泛应用于纳米技术和表面科学领域。
八、总结本文介绍了几种常用的测量薄膜厚度的方法，包括显微镜法、椭偏仪法、干涉法、X射线衍射法、扫描电子显微镜法和原子力显微镜法。
这些方法各有优劣，应根据实际需求选择合适的方法进行测量。
在实际操作中，还需注意操作规范和仪器校准，以确保测量结果的准确性和可靠性。
测量薄膜厚度的方法
测量薄膜厚度的方法测量薄膜厚度是一种关键的工作，它在许多领域中都有重要的应用，如光学、纳米技术、材料科学等。
本文将介绍几种常用的测量薄膜厚度的方法。
一、椭圆偏振法椭圆偏振法是一种非常常用的测量薄膜厚度的方法。
它基于光在薄膜上的反射和透射过程中发生的相位差和振幅变化。
通过测量光的偏振状态的变化，可以得到薄膜的厚度信息。
二、X射线衍射法X射线衍射法是一种利用X射线与物质相互作用的原理来测量薄膜厚度的方法。
X射线入射到薄膜表面后，会发生衍射现象，通过测量衍射角度和强度，可以计算出薄膜的厚度。
三、扫描电子显微镜法扫描电子显微镜法是一种直接观察薄膜表面形貌的方法，通过扫描电子显微镜可以得到高分辨率的薄膜表面图像。
通过测量薄膜表面的形貌变化，可以推断出薄膜的厚度。
四、原子力显微镜法原子力显微镜法是一种利用原子力显微镜测量薄膜厚度的方法。
原子力显微镜通过探针扫描样品表面，并测量探针与样品之间的相互作用力，从而得到薄膜的厚度信息。
五、干涉法干涉法是一种利用光的干涉现象来测量薄膜厚度的方法。
通过将光束分为两束，其中一束通过薄膜，另一束直接通过空气，然后再将两束光进行干涉，通过测量干涉条纹的间距和强度变化，可以计算出薄膜的厚度。
六、拉曼光谱法拉曼光谱法是一种利用拉曼散射现象来测量薄膜厚度的方法。
薄膜中的分子会吸收光并重新散射，通过测量散射光的频率和强度变化，可以得到薄膜的厚度信息。
总结：测量薄膜厚度的方法有很多种，每种方法都有其适用的范围和优势。
选择合适的测量方法需要考虑到薄膜的材料特性、厚度范围、精度要求等因素。
在实际应用中，我们可以根据具体情况选择合适的方法进行测量，以确保薄膜厚度的准确性和可靠性。
等厚干涉法测量薄膜厚度的两种方法
中图分类号 :O43 文献标识码 :A文章编号 :1001 - 2443 (2012) 01 - 0032 - 03薄膜材料具有不同于体材料的特殊性质 ,因而在集成电路工艺中有着广泛的应用. 各种薄膜材料 ,包括 半导体 、金属和绝缘体薄膜可以作为器件的功能层1 ,或作为电极2 ,或者作为钝化层保护器件免受环境的影响等等. 薄膜的质量对器件的性能和成品率有着重要的影响 ,因此需要对薄膜质量进行必要的检查 ,厚度 测量是薄膜质量检查的重要内容之一3 .干涉法测量薄膜厚度是实验和生产中较普遍采用的测量方法 ,其优点是设备简单 ,操作方便 ,无需复杂 的计算. 除了常规的空气膜劈尖干涉法外4 ,本文就等厚干涉法的另外两种形式测量薄膜厚度的原理分别 进行了探讨.空气劈尖取一小片硅片部分地覆盖衬底 , 放入反应腔内生长薄膜 , 生长完成后取下硅片即形成台阶. 将薄玻璃片与带有薄膜台阶的样品沿平行于台阶方向对合 , 一端轻轻压紧 , 另一端用纸片分隔 , 形成空气劈尖 ( 如图 1 所示) . 在读数显微镜下便可观察到干涉条纹. 衬底的一半沉积有厚度为 D 的不透明薄膜 , 它改变了空气膜的厚度 , 即改变了光程差 , 从而使直条纹发生弯折[ 5 ]. 为形成条纹的突然弯折 , 薄膜台阶应尽量陡直.第 k 级暗纹位置 e k 由 ( 1) 式确定 ,1 λλ δ = 2 e k += ( 2 k + 1)暗纹k = 0 , 1 , 2 , 3( 1)22干涉条纹为平行于劈尖棱边的直线条纹 , 每一条纹与空气劈尖的一定厚度 e k 对应. 任意两相邻的暗条纹之间的距离 l 由 ( 2) 式决定 ,λ 1 1l s in θ = e k = 2( k + 1)λ - 2k λ = e k +1 - ( 2) 2式中θ为劈尖的夹角. 可见 , 干涉条纹是等间距的 , 而且θ越小 , l 越大 , 即干涉条纹愈疏 , 反之亦然. 沉积了薄膜的一侧的第 k 级暗纹位置 e ′由( 3) 式确定 λ λ 2 e ′k + = ( 2 k + 1)( 3) 2条纹移动的距离 a 满足a sin θ = e ′k - e k = D结合( 2) 、( 4) 两式可以得到 2( 4)λ a D = ·l( 5)2收稿日期 :2011 - 08 - 15基金项目 :国家自然科学基金( 61106011) 作者简介 :左则文( 1978 - ) , 男 , 安徽郎溪人 , 讲师 , 博士 , 主要从事硅基低维材料与器件方面的研究.透明薄膜劈尖很多薄膜材料在可见光范围内是透明的. 这 里 ,我们以 SiO 2 为例来阐述另一种等厚干涉法测 量透明薄膜厚度的原理.在单晶硅( Si ) 衬底上用化学气相沉积的方法 沉积一层 SiO 2 ,切取一小片用于厚度测量. 将待测 样品切面沿某一方向 ( 以一定角度) 轻磨即可形成 如图 2 所示的 SiO 2 劈尖.2 图 1 弯折干涉条纹示意图Figure 1 Schematic diagram of kinked 2f ringes当用单色光垂直照射 SiO 表面时 , 由于 SiO 2 2 是透明介质 ,入射光将分别在 SiO 2 表面和 SiO 22Si界面处反射 ,反射光相干叠加产生干涉条纹. 由于整个 SiO 2 台阶的厚度是连续变化的 ,因此 ,在 SiO 2 台阶上 将出现明暗相间的干涉条纹.在此系统中 ,空气 、SiO 2 、Si 的折射率分别为 1 ,1 . 5 和 3 . 5 ,因此在两个界面上的反射光都存在“半波损失”,其作用相互抵消 ,对光程差不产生影响 ,由此δ = 2 n e k = k λ 明纹k = 0 , 1 , 2 , 3 ( 5)λ δ = 2 ne k = ( 2 k + 1)暗纹k = 0 , 1 , 2 , 32式中 n 为 SiO 2 的折射率 , e k 为条纹处 SiO 2 层的厚度. 在 SiO 2 台阶楔尖处 e k = 0 , 所以为亮条纹.由 ( 5) 式 , 可以得到两相邻明纹之间的 SiO 2 层的厚度差为( k + 1) λ k λ λ ( 6)e k +1 - e k =- 2 n = 2 n2 n 同样 , 两相邻暗纹之间的 SiO 2 层的厚度差也 为 λ . 2 n由此可见 , 如果从 SiO 2 台阶楔尖算起至台阶顶端共有 m + 1 个亮条纹 ( 或暗条纹) , 则 SiO 2 层的厚度应为λ m2 n( 7)D = 图 2 SiO 2 劈尖形成的干涉示意图Schematic diagram of int erference o n SiO 2 wedge因此 , 已知 SiO 2 的折射率 n ( ≈ 1 . 5 , 与生长条Figure 2 件有关) , 通过读数显微镜观察条纹数即可由( 7) 式得到透明薄膜的厚度. 实验结果与分析以单晶硅作为衬底 ,采用化学气相沉积的方法生长非晶硅薄膜 ,沉积过程中用小片硅片部分遮盖以形成台阶. 作为参考 ,首先用扫描电子显微镜( SE M ) 对 其剖面进行测量 ,得到薄膜的厚度约为 755 n m. 再用 空气劈尖法对薄膜的厚度进行测量 ,得到如下的数据 :3l ( mm )a ( mm )D ( nm )1 230 . 135 0 . 136 0 . 1340 . 353 0 . 352 0 . 354770 . 455 762 . 624 778 . 404实验所用钠双线的波长为分别为 589 . 0 n m 和 589 . 6 nm ,取其平均值 589 . 3 nm 作为入射波长. 计算得到的薄膜平均厚度为 770 . 5 nm ,与扫描电子显微镜测量的结果非常接近 ,表明空气劈尖法可以比较精确地测量薄膜的厚度.利用化学气相沉积法在硅片上生长 SiO 2 薄膜 ,并采用如前所述的方法形成 SiO 2 的劈尖 ,并用读数显微 镜测量劈尖上的干涉条纹. 读数显微镜观察到 SiO 2 劈尖上共有 5 条完整的亮纹 ,即 m = 4 . 取 SiO 2 的折射率为 1 . 5 ,利用公式 ( 7) 计算得到薄膜的厚度约为 785 . 7 n m ,而用扫描电子显微镜测量的剖面厚度约为 853参考文献 :周之斌 ,张亚增 ,张立昆 ,杜先智. 光电器件用铟锡氧化物 I T O 薄膜的制备及特性研究J . 安徽师范大学学报 :自然科学版 ,1995 ,18 ( 2) :66 - 69 . 万新军 ,褚道葆 ,陈声培 ,黄桃 ,侯晓雯 ,孙世刚. 不锈钢表面修饰纳米合金膜电极的电催化活性研究J . 安徽师范大学学报 : 自然科学版 , 2007 ,30 ( 5) :567 - 569 .高雁. 真空蒸发镀膜膜厚的测量J . 大学物理实验 ,2008 ,21 ( 4) :17 - 19 .方正华. 大学物理实验教程M . 合肥 :中国科学技术大学出版社 ,2010 :123 - 129 . 单慧波. 牛顿环实验的拓展J . 物理实验 ,1996 ,16 ( 6) :290 .1 2 3 4 5Two Methods f or Mea s uring the Thickness of Fil m s B a s ed on EqualThickness I nterf e renceZU O Ze 2wen( College of Physics and Elect ro nics Inf o r matio n , Anhui No r m al U niversit y , Wuhu 241000 , China )Abstract : Equal t h ickness interference met h o d is widely applied in p r o d ucti o n due to it s sim ple equip m ent ,co nvenient operati o n , and unco m plicated analysis p rocess. In t his paper , t he p rinciple of t wo met ho d s fo rmeasuring t he t hickness of films based o n equal t hickness interference was discussed. In t hese met ho d s ,m o nochro matic light ref lect s at top and bot to m interf aces of t he wedge 2shaped air o r t ransparent material f ilm s ,w hich is fo r med by utilizing t he step of films , and fo r ms t he interference f ringes. By measuring t he parameters of f ringes , t he t hickness of t he film can be o btained. C o m pared to film 2wedged met ho d , air 2wedged met h o d ism o re appliable due to it s sim pleness and p r ecisi o n .K ey w ords : equal t h ickness interference ; films ; measurement of t h e t h ickness。
薄膜厚度及其折射率的测量
V-棱镜中所装为复合材料的溶液，由于其折射率nso不同
于V-棱镜的折射率np，折射光将以角度θ偏离入射光方向。θ可
由角度计测量得到，给定波长下的nso值可由Snell’s law 确定，
❖
薄膜技术是当前材料科技的研究热点，特别是纳米级
薄膜技术的迅速发展,精确测量薄膜厚度及其折射率等光学参
数受到人们的高度重视。由于薄膜和基底材料的性质和形态不
同，如何选择符合测量要求的测量方法和仪器，是一个值得认
真考虑的问题。每一种测量方法和仪器都有各自的使用要求、
测量范围、精确度、特点及局限性。在此主要介绍测量薄膜厚
薄膜厚度和折射率的。根据光干涉条纹方程，
对于不透明膜：
对于透明膜：
在(4)和(5)式中，q为条纹错位条纹数，c为条纹错位量，
e为条纹间隔。因此，若测得q，c，e就可求出薄膜厚度d 或折射
率nf。
精品课件
7
干涉法主要分双光束干涉和多光束干涉，后者又有多
光束等厚干涉和等色序干涉。双光束干涉仪主‘要由迈克尔逊
高些。
棱镜耦合法存在测量薄膜厚度的下限。测量光需在
膜层内形成两个或两个以上波导模，膜厚一般应大于300-
480nm(如硅基底)；若膜折射率已知，需形成一个波导模，
膜厚应大于100～200nm；测量范围依赖于待测薄膜和基底的
性质，与所选用的棱镜折射率有关。但测量的薄膜厚度没有
周期性，是真实厚度。膜厚测量范围在0.3～15 um，折射率
式两种结构，如图4(a)和4(b)所示。等色序干涉仪也有类似两
种结构形式。
干涉法不但可以测量透明薄膜、弱吸收薄膜和非透明
薄膜，而且适用于双折射薄膜。一般来说，不能同时确定薄膜
实验三 干涉显微镜测量薄膜厚度
实验三干涉显微镜测量薄膜厚度一、实验目的1． 掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法； 2． 用干涉显微镜测量薄膜厚度。
二、实验说明2.1 实验原理把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。
干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图：若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。
当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。
若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。
一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。
条纹间的距离l ，随劈尖的夹角而变化，越小，l 越大。
在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长()，则干涉条纹移动一个条纹间距。
故待测样品表面若存在局部不平, 结果会导致干涉条纹发生弯曲, 条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映, 只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。
根据这一原理, 可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度.设M 1、M 2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。
若表面M 2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。
沟槽的深度h 由式（4—1）决定。
（4—1）θθ2λeHh ⋅=2λ图 1 劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距。
若用白光照明，e 是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离。
这时λ取540nm （绿光λ=0.53μm=5300Å）。
若被测件的部分表面镀有厚度为h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e 和因镀膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。
薄膜厚度与折射律的测量
薄膜厚度与折射律的测量在三级实验中测量薄膜厚度与折射律的方法共介绍了两个：椭圆偏振光法和迈克尔逊方法。
一、 椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射律思路：在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后,光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的.通常,设介质层为n 1、n 2、n 3,φ为入射角,那么在1、2介质交界面和2、3 用r 1p 、 r 1s 2p r 2s 表示光线的p 分、s 分量在界面2、3间的总反射系数. 有1011011cos cos cos cos ϕϕϕϕn n n n r p +-=1101101cos cos cos cos ϕϕϕϕn n n n r s +-=211221122cos cos cos cos ϕϕϕϕn n n n r p +-=221122112cos cos cos cos ϕϕϕϕn n n n r s +-=膜上反射的两相邻光束的相位差11cos 22ϕλπδd n ⋅=定义该薄膜系统的总反射比为:δδ2212211)()(i p p i p p ip r p p e r r e r r E E R --++==δδ2212211)()(i s s i s s i s r s s e r r e r r E E R --++==定义),,,,,(11)exp()()(,)exp()](exp[])()(exp[)()()()(210221*********λϕψββββββψψββββββδδδδd n n n f er r e r r e r r e r r i tg E E E E tg i tg i E E E E i i E E E E E E E E R R i s s i s s i p p i p p ir i s p r s p isp r s p i r isp r s p i s p r s p i s p r s p is rs ip rp sp =++∙++=∆-=---=∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆=-∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==---- ψ和∆是可以用椭偏仪测量的量，∆的物理意义是椭圆偏振光的P 波和则出射光为振幅为E 22，相位差为或⎪⎭⎫⎝⎛<<-时20,22πϕπϕ的等幅椭圆偏振光。
如何利用干涉实验测量薄膜的厚度
如何利用干涉实验测量薄膜的厚度干涉实验是一种重要的实验方法，可以用于测量薄膜的厚度。
薄膜的厚度测量对于材料科学和工程领域的研究非常关键，因此掌握干涉实验的原理和方法是必要的。
本文将介绍干涉实验测量薄膜厚度的基本原理以及具体步骤。
一、干涉实验测量薄膜厚度的原理干涉实验是利用光的干涉现象进行测量的方法。
在测量薄膜厚度时，通常使用的是反射干涉实验。
当一束光从空气中垂直照射在薄膜上时，一部分光被薄膜上表面反射，另一部分光穿过薄膜后被基底反射。
这两束光之间存在光程差，当光程差为波长的整数倍时，两束光叠加处会出现干涉现象。
通过观察干涉条纹的位置和间距，可以计算出薄膜的厚度。
二、测量薄膜厚度的具体步骤1. 实验器材准备：首先需要准备一台反射式干涉仪，包括光源、反射镜等。
同时还需要一块具有薄膜的样品和一个调节样品位置的支架。
保持实验室环境的稳定，避免干扰。
2. 调整仪器：首先需要用一块玻璃片调节反射镜的角度，使其能够反射出平行光。
然后放置样品，调整支架使得入射光垂直照射在样品上。
3. 观察干涉条纹：将干涉仪调至最佳状态，通过调节反射镜、样品位置或加入波片等方式，使得干涉条纹清晰可见。
此时，可以观察到干涉条纹的位置和间距。
4. 计算薄膜厚度：根据干涉条纹的位置和间距，可以使用傍轴干涉公式或是维尔费尔公式等方法计算薄膜的厚度。
需要注意的是，这些公式在实际应用中可能存在一定的修正系数。
三、注意事项1. 实验环境应保持稳定，避免干扰因素对测量结果的影响。
特别是实验室中的温度、湿度变化应尽量减小。
2. 样品的制备应严格控制，确保薄膜的平整、均匀。
样品表面的污染、氧化等问题都可能会影响干涉实验的结果。
3. 在进行测量前，应仔细检查仪器的状态，确保光路的正确连接和调节。
4. 在观察干涉条纹时，可以适当调整反射镜、样品位置或波片的角度，使得干涉条纹清晰可见。
四、应用与发展利用干涉实验测量薄膜厚度的方法已被广泛应用于材料科学和工程领域。
测量薄膜厚度的方法
测量薄膜厚度的方法测量薄膜厚度是一项重要的技术任务，它在很多领域都有广泛的应用，如材料科学、纳米科技、光学等。
本文将介绍几种常见的测量薄膜厚度的方法。
一、光学干涉法光学干涉法是一种基于干涉现象的测量方法。
当光线从空气射入不同折射率的介质中时，会发生反射和透射。
薄膜的厚度决定了光线的相位差，通过测量干涉条纹的变化，可以计算出薄膜的厚度。
这种方法适用于透明薄膜的测量，如薄膜涂层厚度的测量。
二、原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种利用探针与样品表面之间的相互作用力来进行测量的仪器。
通过探针在样品表面扫描，可以获取样品表面的拓扑图像，并结合探针与样品之间的力信号，可以计算出薄膜的厚度。
AFM具有高分辨率和高灵敏度的优点，适用于测量纳米薄膜的厚度。
三、X射线衍射法X射线衍射法是一种基于X射线与物质相互作用的测量方法。
X射线经过物质时会发生衍射，不同厚度的薄膜会产生不同的衍射图样。
通过测量衍射图样的特征参数，可以计算出薄膜的厚度。
这种方法适用于非透明薄膜的测量，如金属薄膜的厚度测量。
四、椭偏仪法椭偏仪法是一种基于光的偏振现象的测量方法。
当偏振光通过薄膜时，会发生偏振状态的改变，通过测量偏振光的参数变化，可以计算出薄膜的厚度。
这种方法适用于透明薄膜的测量，如液晶显示器中薄膜的厚度测量。
五、电子显微镜法电子显微镜法是一种利用电子束与物质相互作用的测量方法。
电子束经过薄膜时会发生散射，通过测量散射电子的特征参数，可以计算出薄膜的厚度。
电子显微镜法具有高分辨率和高灵敏度的特点，适用于测量纳米薄膜的厚度。
测量薄膜厚度的方法有很多种，每种方法都有其适用的范围和特点。
在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的方法进行测量。
同时，随着科技的不断发展，还会有更多新的测量方法出现，为薄膜厚度的测量提供更多选择和便利。
利用牛顿环法进行薄膜厚度测量的实验步骤
利用牛顿环法进行薄膜厚度测量的实验步骤摘要：本实验旨在通过利用牛顿环法，测量一块薄膜的厚度。
实验中，利用薄膜与平台之间的干涉现象，通过观察干涉图案的变化来推断薄膜的厚度。
本文将详细介绍利用牛顿环法测量薄膜厚度的实验步骤及注意事项。
1. 实验材料和仪器- 一块带有薄膜的透明玻璃片- 光源（例如白光LED灯）- 平台（例如平坦的黑色支撑物）- 毛刷或者吹气筒（用于清洁玻璃片表面）2. 实验准备- 清洁玻璃片表面，确保玻璃片无灰尘、指纹等杂质。
- 将玻璃片放置在平台上，调整平台的高度，使得玻璃片与平台之间保持恒定的距离。
3. 实验操作步骤（步骤一：创建初始起始点）- 打开光源，确保光线均匀照射在玻璃片上。
- 调整观察位置，使得视线与玻璃片表面垂直，并处于较佳的观察角度。
- 观察玻璃片上的干涉图案，找到一个清晰且亮度适中的牛顿环。
（步骤二：调整环的样貌）- 用毛刷或吹气筒轻轻清理玻璃片表面，以去除可能影响干涉图案的污垢。
- 调整平台的高度，使得观察到的牛顿环形状发生变化，例如由圆形变为椭圆形或相反。
- 根据牛顿环的变化情况，调整平台的高度，直到出现一个最接近完全平的牛顿环。
（步骤三：测量厚度）- 利用显微镜或其他合适的仪器，测量平台的高度差Δh，记录下来。
- 根据下式计算薄膜的厚度t：t = λ(n-0.5) / [2N(λ-Δh)]其中，λ是光的波长（单位为nm），n是光在玻璃中的折射率，Δh是平台高度差，N是牛顿环次序。
（步骤四：重复测量）- 为了提高测量的精度，可重复进行多次测量并取平均值。
4. 注意事项- 在操作过程中避免触碰玻璃片表面，以免留下指纹或者损坏薄膜。
- 确保光源的稳定性和均匀性，避免光线强度变化对实验结果的干扰。
- 在调整平台高度时，应注意平台的稳定性，确保调整的准确性和稳定性。
- 在观察牛顿环时，应尽量减少周围环境的干扰，例如避免有振动的源或强光干扰。
总结：通过本实验中使用的牛顿环法，可以较为准确地测量薄膜的厚度。
利用干涉仪观测薄膜厚度的实验技巧和误差处理
利用干涉仪观测薄膜厚度的实验技巧和误差处理引言：干涉仪是一种重要的实验装置，广泛应用于物理、化学和材料科学领域。
利用干涉仪观测薄膜厚度是一项常见的实验任务，该实验可以帮助我们研究材料的性质及其应用。
然而，在进行这项实验时，我们需要掌握一些实验技巧并进行误差处理，以确保实验结果的准确性和可靠性。
一、实验技巧1. 精准调节干涉仪：在进行薄膜厚度观测实验前，首先需要准确地调节干涉仪。
保证光源的稳定性，调节光路，使干涉图案达到最佳清晰度。
通过调节平台和镜片，使得主光束和参比光束之间的光程差达到相应的位置，从而获得明亮的干涉条纹。
2. 选择适当的薄膜和波长：在实验中，选择适当的薄膜和波长对薄膜厚度的观测非常关键。
根据实验需求，选择相应材料的薄膜，确保其透光性和稳定性。
同时，根据波长的选择，可以获得不同的干涉图案，从而提高观测的精度。
3. 采用对比法：为了准确测量薄膜的厚度，可以采用对比法。
通过在干涉仪中引入参比物，如空气，再与薄膜进行对比观测，可以获得更精确的结果。
二、误差处理1. 环境因素的影响：在实验中，环境因素对薄膜厚度观测的影响是不可忽视的。
例如，温度的变化会导致材料膨胀或收缩，从而影响薄膜的厚度。
因此，在实验过程中，应尽量控制环境的稳定性，并进行相应的修正计算，以减小环境因素的误差。
2. 灵敏度的限制：干涉仪的灵敏度是一个重要的误差来源。
在实验中，当干涉条纹较为稀疏时，对于薄膜厚度的测量会增加一定的难度。
为了提高灵敏度，可以增加光源的亮度、增加观测时间或使用更高分辨率的干涉仪。
同时，还可以利用图像处理技术进行干涉条纹的增强，减小灵敏度误差。
3. 技术误差的影响：在实验中，由于设备和人为因素的限制，难免会产生一些技术误差。
例如，位移测量误差和刻度误差等。
为了减小技术误差的影响，可以使用更精密的测量工具，对干涉仪进行定期校准，培训实验人员掌握正确的操作方法。
结论：利用干涉仪观测薄膜厚度是一项重要且常见的实验任务，通过精准调节干涉仪、选择适当的薄膜和波长以及采用对比法，可以获得准确的结果。
用光的干涉法测量薄膜厚度
实验 用光的干涉法测量薄膜厚度在半导体平面工艺中，SiO 2薄膜的质量好坏对器件的成品率和性能影响很大，因此对SiO 2薄膜必须作必要的检查，厚度测量是SiO 2膜质量检查的重要内容之一。
SiO 2膜厚的测量有多种方法：如椭圆偏振仪测量，比色法估计等。
干涉法测SiO 2膜厚是生产中较普遍采用的测量方法，其优点是设备简单，操作方便，无需复杂的计算。
本实验目的是了解干涉显微镜的结构，熟悉测量膜厚的基本原理；掌握用干涉条纹法和弯曲度法测量不同样片膜厚的方法，并测出所给样品的膜厚。
一、实验原理干涉条纹的测量原理是：当用单色光垂直照射氧化层表面时，由于SiO 2是透明介质，所以入射光将分别在SiO 2表面和SiO 2-Si 界面处反射，如图28.1所示。
根据光的干涉原理，当两道相干光的光程差△为半波长的偶数倍，即当λλK K ==Δ22(K=0，1，2，3…)时，两道光的相位相同，互相加强，因而出现亮条纹。
当两道光的光距差△为半波长的奇数倍，即当2)12(λ+=ΔK 时，两道光的相位相反，因而互相减弱，出现暗条纹。
由于整个SiO 2台阶的厚度是连续变化的，因此，在SiO 2台阶上将出现明暗相间的干涉条纹。
图28.1 氧化层厚度测量原理示意图在图28.1中，光束S 2在SiO 2台阶上的反射光束用(1)表示，在SiO 2-Si 界面的反射光束用(2)表示。
根据光程的概念和小入射角的条件，光束(2)在SiO 2内走过的光程应近似为2nX 2，这里n 为SiO 2的折射率，X 2为入射照射处SiO 2厚度。
由图可见，光束(1)和光束(2)的光程差为2nX 2。
假如光束(1)和光束(2)产生的干涉条纹为亮条纹，则下列关系式成立λ2222k nX ==Δ ∴ nk X 222λ=又若光束S 2在SiO 2台阶表面的反射光束和在SiO 2界面处的反射光束产生一个与上述亮纹相邻的亮条纹。
则同样应有下式成立λ)1(2233+==ΔK nX ∴ nk X 2)1(23λ+=由此可知，两个相邻亮条纹之间的SiO 2层的厚度差为 nn k n k X X 222)1(2223λλλ=−+=− 同样，两个相邻暗条纹之间的SiO 2层的厚度差应为n2λ。
基于双光束干涉技术的薄膜厚度测量研究
基于双光束干涉技术的薄膜厚度测量研究近年来，随着科技的飞速发展和高科技产业的兴起，薄膜技术越来越受到人们的关注和重视。
薄膜是一种非常薄的材料，在电子、光学和热学等领域有着广泛的应用。
例如，在太阳能电池板、平板显示器和光学镜片等领域中，薄膜的应用已经成为不可或缺的一部分。
而对于这些薄膜的成型，常常需要对其厚度进行准确的测量。
在薄膜厚度的测量中，双光束干涉技术是一种比较成熟和有效的方法。
该方法基于干涉原理，将单色光源分成两束，同时照射在被测物体的表面上，然后通过检测两束光的相位差来计算物体表面的膜厚。
由于该方法具有测量速度快、精度高、稳定性好的特点，并且不会对被测物品造成损伤，因此被广泛应用于半导体、涂层及光学设备领域等。
双光束干涉技术的密密麻麻的测量原理是一种基于光学干涉现象的测量方法，主要是利用光学干涉的现象，将单色光分成两束，发送到被测物体上，并测量光束的干涉效果。
根据这种方法的原理，当两束光从不同方向照射到薄膜表面时，光线被反射或透射后会重新合成，形成一种干涉模式。
而在这个过程中，如果两束光的路径长度差等于其波长的整数倍，则会形成明条纹。
反之，则会形成暗条纹。
因此，通过计算这些干涉条纹的数量及其对应的光程差，就可以得出薄膜的厚度。
在进行双光束干涉法薄膜厚度测量中，需要考虑到光源的选择以及干涉仪的选择两个重要因素。
在光源的选择中，使用激光光源能够有效地提高测量的精度和重复性。
而干涉仪的选择则需要按照不同的材料和厚度来进行选择，以保证测量精度和准确性。
除了以上两个因素，还需要考虑到被测物体的表面形态和质量问题对测量结果的影响。
因为薄膜的表面形态和质量都直接影响到反射和透射效果，进而影响到干涉效果，即使在相同的测量条件下，不同的材料表面形态和质量差异也会导致不同的干涉效果。
因此，要保证测量精度和准确性，需要对被测物体的表面形态和质量进行适当的处理。
综上所述，基于双光束干涉技术的薄膜厚度测量是一种高效、精确、稳定、无损伤的测量方法，广泛应用于涂层制备、光学薄膜、半导体制备等领域。
光学实验中如何利用干涉原理测量薄膜厚度
光学实验中如何利用干涉原理测量薄膜厚度在光学实验中，测量薄膜厚度是一项常见且重要的任务。
利用干涉原理来实现这一测量具有高精度、非接触等优点。
接下来，让我们逐步了解这一精妙的测量方法。
干涉现象是光的波动性的一种重要表现。
当两束或多束光相遇时，它们会相互叠加，从而产生明暗相间的条纹，这就是干涉条纹。
而在测量薄膜厚度的实验中，我们常常利用的是等厚干涉原理。
等厚干涉中，一个典型的例子就是劈尖干涉。
想象一下，有一块平板玻璃，在其一端垫上一小薄片，这样就形成了一个劈尖状的空气薄层。
当一束平行光垂直入射到这个劈尖上时，在劈尖的上、下表面反射的两束光会发生干涉。
假设入射光的波长为λ，薄膜的折射率为 n。
在劈尖干涉中，相邻两条亮条纹（或暗条纹）之间对应的薄膜厚度差为λ/（2n）。
我们通过测量干涉条纹的间距以及已知的波长和薄膜折射率，就能够计算出薄膜的厚度。
为了更准确地测量薄膜厚度，实验中需要注意一些关键因素。
首先是光源的选择。
理想的光源应该具有单色性好、亮度高且稳定的特点。
常用的有激光光源，比如氦氖激光器发出的红光，其波长稳定且单色性极佳。
其次，实验装置的搭建要精确。
例如，要确保入射光垂直照射到薄膜表面，这样可以简化计算和提高测量精度。
同时，观测干涉条纹的设备也需要具备足够的分辨率，以便清晰地分辨出条纹的细节。
在实际操作中，我们可以使用显微镜来观察干涉条纹。
通过调节显微镜的焦距和位置，找到清晰的干涉条纹图像。
然后，使用测量工具（如目镜测微尺）来测量条纹的间距。
还有一种常见的干涉测量薄膜厚度的方法是牛顿环。
将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块平面玻璃上，在两者之间就会形成一个空气薄膜。
当平行光垂直入射时，同样会产生干涉现象，形成明暗相间的同心圆环，即牛顿环。
对于牛顿环，第 m 个暗环的半径 r 与凸透镜的曲率半径 R、入射光波长λ以及薄膜厚度 d 之间存在如下关系：r²＝mλR m(m 1/2)λ² ／ 2 。
牛顿环实验的应用测量透明薄膜的厚度
牛顿环实验的应用测量透明薄膜的厚度牛顿环实验是一种基于光的干涉现象的实验，广泛用于测量透明薄膜的厚度。
通过分析干涉图案中的环的半径，我们可以计算出薄膜的厚度。
本文将详细介绍牛顿环实验的原理和应用。
一、实验原理牛顿环实验基于光的干涉原理，利用光波在透明薄膜表面反射和折射时的相位差来形成干涉图样。
在光波垂直入射透明薄膜表面时，光波会发生部分反射和部分折射。
这两束光线在空气和薄膜之间形成一定的干涉现象。
二、实验步骤1. 准备实验所需材料和仪器，包括光源、透明薄膜样品、凸透镜、目镜、平台等。
2. 将透明薄膜样品放置在平台上，调整样品的平整度和水平度。
3. 将凸透镜放置在透明薄膜样品上方一定的距离处。
4. 使用光源照射透明薄膜样品，观察干涉图样。
5. 调整凸透镜和目镜的位置，使得目镜对准干涉图样的中心。
此时，目镜所在位置的高度差即为牛顿环的半径。
6. 根据牛顿环实验的公式计算出透明薄膜的厚度。
三、应用优势1. 测量精度高：牛顿环实验可以通过精确计算环的半径来得到薄膜的厚度，测量精度较高，适用于对薄膜厚度有较高要求的应用场景。
2. 非破坏性测量：牛顿环实验不需要对样品进行破坏性处理，能够保持样品完整性和原始性质，对透明薄膜进行非破坏性测量。
3. 快速测量：牛顿环实验只需较短的时间即可完成测量，便于快速获得薄膜厚度信息。
4. 应用领域广泛：牛顿环实验在许多领域都有广泛应用，如光学器件制造、材料科学研究、光学薄膜的质量控制等。
四、实验数据分析通过牛顿环实验测量得到的环半径，结合实验中的相关参数，可以利用公式计算出透明薄膜的厚度。
在数据分析过程中，需要考虑各种误差来源，并采取相应的措施进行校正。
五、实验注意事项1. 实验环境要求较高，需要在光线较暗的条件下进行，以确保干涉图样的清晰度。
2. 在放置透明薄膜样品时，要注意保持其平整度和水平度，以避免引入额外的误差。
3. 使用凸透镜和目镜时，要小心调整其位置，以确保目镜与干涉图样中心的准确对准。
光学干涉式薄膜测厚仪校准实验报告
光学干涉式薄膜测厚仪校准实验报告
一、实验目的
1.学习和掌握光学干涉原理；
2.掌握光学干涉式薄膜测厚仪的原理和使用方法；
3.进行仪器的校准，提高仪器测量的准确度。
二、实验原理
光学干涉是指两个或多个光波相互叠加产生干涉现象的一种现象。
光
学干涉式薄膜测厚仪利用光学干涉的原理测量薄膜的厚度。
实验中采用的光学干涉式薄膜测厚仪由垂直光路、干涉极图、样品台、白光光源、透射镜等部分组成。
通过调节透射镜的位置，使得从样品反射
回来的光波与从与反射过程不同的路径传播的参考光波相干叠加，形成干
涉条纹。
通过观察干涉条纹的变化，可以计算出样品的厚度。
三、实验步骤
1.打开薄膜测厚仪的电源，确保仪器工作正常；
2.调整样品台的位置，使其水平；
3.打开白光光源，调整透射镜的位置，使观察到清晰的干涉条纹；
4.测量参考膜的厚度：将已知厚度的参考膜放置在样品台上，点击仪
器上的测量按钮进行测量，记录测得的厚度数值；
5.测量待测薄膜的厚度：将待测薄膜放置在样品台上，点击测量按钮
进行测量，记录测得的厚度数值；
6.重复以上步骤，每次测量结束后将透射镜向后移动一段距离，并进行测量，得到多个数据；
7.根据测得的数据进行分析，并计算出薄膜的平均厚度。
四、实验结果与分析
通过一系列的测量，得到了多个待测薄膜的厚度数据。
将这些数据进行平均，得到最终的测量结果。
同时，还可根据测量数据绘制出厚度与测量次数之间的关系图，通过分析图像的变化趋势，可以判断出测量的准确度。
五、实验总结。
薄膜干涉测厚
薄膜干涉测厚
薄膜干涉测厚是一种非接触式测量薄膜厚度的方法。
它利用光的干涉原理，通过测量干涉光的颜色变化或者干涉强度的变化来确定薄膜的厚度。
常用的薄膜干涉测厚方法包括：
1. 薄膜干涉色测量法：薄膜受到入射光的照射后，反射光根据薄膜的厚度和折射率的不同而产生干涉色。
利用干涉色的变化可以确定薄膜的厚度。
2. 薄膜干涉强度测量法：薄膜的干涉效应会引起反射光强度的变化。
通过测量反射光的强度变化，并利用干涉公式计算薄膜的厚度。
3. 相位干涉法：利用相位差对光的干涉现象进行测量。
薄膜厚度的变化会引起入射光与反射光的相位差改变，通过测量相位差的变化来确定薄膜的厚度。
薄膜干涉测厚方法具有测量快速、高精度、非接触等优点，广泛应用于半导体制造、光学材料、涂层工艺等领域。
用光的干涉法测量薄膜厚度
实验 用光的干涉法测量薄膜厚度在半导体平面工艺中，SiO 2薄膜的质量好坏对器件的成品率和性能影响很大，因此对SiO 2薄膜必须作必要的检查，厚度测量是SiO 2膜质量检查的重要内容之一。
SiO 2膜厚的测量有多种方法：如椭圆偏振仪测量，比色法估计等。
干涉法测SiO 2膜厚是生产中较普遍采用的测量方法，其优点是设备简单，操作方便，无需复杂的计算。
本实验目的是了解干涉显微镜的结构，熟悉测量膜厚的基本原理；掌握用干涉条纹法和弯曲度法测量不同样片膜厚的方法，并测出所给样品的膜厚。
一、实验原理干涉条纹的测量原理是：当用单色光垂直照射氧化层表面时，由于SiO 2是透明介质，所以入射光将分别在SiO 2表面和SiO 2-Si 界面处反射，如图28.1所示。
根据光的干涉原理，当两道相干光的光程差△为半波长的偶数倍，即当λλK K ==Δ22(K=0，1，2，3…)时，两道光的相位相同，互相加强，因而出现亮条纹。
当两道光的光距差△为半波长的奇数倍，即当2)12(λ+=ΔK 时，两道光的相位相反，因而互相减弱，出现暗条纹。
由于整个SiO 2台阶的厚度是连续变化的，因此，在SiO 2台阶上将出现明暗相间的干涉条纹。
图28.1 氧化层厚度测量原理示意图在图28.1中，光束S 2在SiO 2台阶上的反射光束用(1)表示，在SiO 2-Si 界面的反射光束用(2)表示。
根据光程的概念和小入射角的条件，光束(2)在SiO 2内走过的光程应近似为2nX 2，这里n 为SiO 2的折射率，X 2为入射照射处SiO 2厚度。
由图可见，光束(1)和光束(2)的光程差为2nX 2。
假如光束(1)和光束(2)产生的干涉条纹为亮条纹，则下列关系式成立λ2222k nX ==Δ ∴ nk X 222λ=又若光束S 2在SiO 2台阶表面的反射光束和在SiO 2界面处的反射光束产生一个与上述亮纹相邻的亮条纹。
则同样应有下式成立λ)1(2233+==ΔK nX ∴ nk X 2)1(23λ+=由此可知，两个相邻亮条纹之间的SiO 2层的厚度差为 nn k n k X X 222)1(2223λλλ=−+=− 同样，两个相邻暗条纹之间的SiO 2层的厚度差应为n2λ。
薄膜厚度测量技术
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台阶仪
其测量原理是：当触针沿被测表面轻轻滑过时，由于表面有 微小的峰谷使触针在滑行的同时，还沿峰谷作上下运动。触针的 运动情况就反映了表面轮廓的情况。传感器输出的电信号经测量 电桥后，输出与触针偏离平衡位置的位移成正比的调幅信号。经 放大与相敏整流后，可将位移信号从调幅信号中解调出来，得到 放大了的与触针位移成正比的缓慢变化信号。再经噪音滤波器、 波度滤波器进一步滤去调制频率与外界干扰信号以及波度等因素 对粗糙度测量的影响。
台阶仪测量精度较高、量程大、测量结果稳定可靠、重复性好，
此外它还可以作为其它形貌测量技术的比对。但是也有其难以
克服的缺点：1、由于测头与测件相接触造成的测头变形和磨损， 使仪器在使用一段时间后测量精度下降； 2、测头为了保证耐磨 性和刚性而不能做得非常细小尖锐，如果测头头部曲率半径大 于被测表面上微观凹坑的半径必然造成该处测量数据的偏差； 3、
(m 1) d 2n1
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二、薄膜厚度的机械测量方法
1、表面粗糙度仪法
用直径很小的触针滑过被测薄膜的表面，同时记录下触针在垂直方向的移动 情况并画出薄膜表面轮廓的方法被称为粗糙度仪法。这种方法不仅可以被用来测 量表面粗糙度，也可以被用来测量薄膜台阶的高度。 优点：简单，测量直观； 缺点：（1）容易划伤较软的薄膜并引起测量误差； （2）对于表面粗糙的薄膜，并测量误差较大。
2、称重法 如果薄膜的面积A、密度ρ和质量m可以被精确测定的话，由公式
m d A
就可以计算出薄膜的厚度d。 缺点：它的精度依赖于薄膜的密振荡器法
将石英晶体沿其线膨胀系数最小的方向切割成片，并在两端面上沉积上金属 电极。由于石英晶体具有压电特性，因而在电路匹配的情况下，石英片上将产生 固有频率的电压振荡。将这样一只石英振荡器放在沉积室内的衬底附近，通过与 另一振荡电路频率的比较，可以很精确地测量出石英晶体振荡器固有频率的微小 变化。在薄膜沉积的过程中，沉积物质不断地沉积到晶片的一个端面上，监测振 荡频率随着沉积过程的变化，就可以知道相应物质的沉积质量或薄膜的沉积厚度。
反射干涉光谱法测量固体薄膜的光学常数和厚度
反射干涉光谱法测量固体薄膜的光学常数和厚度
反射干涉光谱法（Reflectance Interference Spectroscopy）是一种常用的方法，用于测量固体薄膜的光学常数（折射率和消光系数）以及厚度。
该方法基于薄膜表面反射的干涉现象，通过测量反射光的强度和波长来推断薄膜的光学特性。
下面是使用反射干涉光谱法测量固体薄膜的光学常数和厚度的一般步骤：
1. 准备样品：制备具有所需薄膜的样品，并确保样品表面光洁、无杂质。
2. 设定测量系统：搭建适当的测量系统，通常包括光源、光谱仪和探测器。
光源可以是白光或单色光源，而光谱仪用于分析反射光的波长。
探测器用于测量反射光的强度。
3. 调整测量角度：通过调整入射光的角度，使得反射光在薄膜表面发生干涉。
一般情况下，采用垂直入射或斜入射的角度。
4. 进行测量：记录反射光谱，即测量不同波长下的反射光强度。
可以通过旋转样品或改变入射角度来扫描不同的波长。
5. 数据分析：根据测量得到的反射光谱，使用合适的模型或算法来拟合数据并提取薄膜的光学常数和厚度。
常用的模型包括逆向薄膜设计、多层堆积模型等。
6. 结果解释：根据数据分析的结果，获得薄膜的折射率、消光系数和厚度等光学参数。
这些参数可以提供关于薄膜材料的光学性质和厚度信息。
需要注意的是，反射干涉光谱法在实际应用中可能还受到其他因素的影响，如表面粗糙度、样品的吸收等。
因此，在进行测量和数据分析时，需要综合考虑这些因素，并选择合适的模型和方法来准确地测量光学常数和厚度。
专业的光学仪器和专家的指导可以在实际操作中提供更准确和可靠的结果。
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实验三干涉显微镜测量薄膜厚度一、实验目的1． 掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法； 2． 用干涉显微镜测量薄膜厚度。
二、实验说明2.1 实验原理把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。
干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图：若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。
当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。
若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。
一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。
条纹间的距离l ，随劈尖的夹角而变化，越小，l 越大。
在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长()，则干涉条纹移动一个条纹间距。
故待测样品表面若存在局部不平, 结果会导致干涉条纹发生弯曲, 条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映, 只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。
根据这一原理, 可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度.设M 1、M 2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。
若表面M 2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。
沟槽的深度h 由式（4—1）决定。
（4—1）θθ2λeHh ⋅=2λ图 1 劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距。
若用白光照明，e 是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离。
这时λ取540nm （绿光λ=0.53μm=5300Å）。
若被测件的部分表面镀有厚度为h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e 和因镀膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。
如图3所示。
2.26JA 型干涉显微镜的光学系统及构造2.2.1 6JA 型干涉显微镜的光学系统 本实验用的是6JA 型干涉显微镜, 其光学系统如图1所示, 属于双光束干涉系统。
光源1发出的光经聚光镜2投射到孔径光阑4平面上, 视场光阑5不在照明物镜6的前焦面上, 光经分光板7, 被分成两部分: 一部分反射, 另一部分透射. 被反射的光经物镜8射向标准反射镜M1, 再由M1 反射, 射向目镜14; 而从分光板上透射的光线通过补偿板9、物镜10射向工件表面M2, 再由M2反射, 射向目镜14. 在目镜分划板13上两束光产生干涉. 从目镜中可以观察到干涉条纹. 若样品表面平滑,则干涉条纹是平直的.图五 6JA 型干涉显微镜构造11a 5b 5a10513111322a 2b 2c 14897a 44a31587161b1c图4 6JA 型干涉显微镜光学系统1-光源 2-聚光镜 3,11,15-反光镜 4-孔径光阑 5-视场光阑 6-照明物镜 7-分光板 8,10-物镜 9-补偿板 12-转向棱镜 13-分划板 14-目镜 16-摄影物镜2.2.26JA型干涉显微镜构造6JA型干涉显微镜其主体是个方箱。
上面是工作台（2），前面是目镜（1），后面是干涉条纹调节机构（3），（3）下面是灯源（4），（1）下面是照相机（5），主体安置在底座（16）上，两旁还有各种用途的手轮。
下面分别介绍其结构与操作方法。
(a)目镜头（1）它是一个普通的测微目镜，转动测微目镜上鼓轮（1a）能使目镜视场中十字线位移，位移量由分划刻度和鼓轮上刻度读出。
视场中刻线格值1毫米，鼓轮上刻线格值0.01毫米。
松开螺丝（1b）可将测微目镜在目镜转头（1c）中转动，同时也可将测微目镜从镜筒拔出，换上狭缝目镜（17）。
目镜转头（1c）（在松开支紧螺钉1d后），可连同测微目镜在主体上转动，测量大工件时，把仪器倒过来放在被测工件上，此时目镜转头也应转过180°，定位为准。
(b)工作台（2）用手推滚花轮（2 a）可是工作台面作任意方向移动，将被测工件表面所需要测量的部分移到视场中去。
将滚花轮（2 b）转动，可使工作台作360°旋转。
将滚花轮（2 c）转动，可使工作台作高低移动，以便对工件表面进行调焦，使工件表面清晰地成像在目镜视场中。
(c) 干涉条纹调节机构（3）其中安置物镜O1和标准镜P2，同时转动手轮（7），（9）可改变干涉条纹的方向和宽度，（7 a）和（7b）是同轴手轮，因此作用相同。
转动手轮（14）能使物镜O2和标准P1一起作轴向微量移动能随时补偿因温度，外力等影响而产生光程的变化。
手轮（8）可调节标准镜P1和物镜O1之间的距离，以便使镜P1表面精确地成像在目镜视场中。
还有一个手轮（15）可以改变标准镜P1的反射率，将手轮（15）朝一个方向转到底时，镜P2具有高反射率；（15）朝另一方向转到底时，是低反射率，这适合于被测工件是玻璃等非金属或无光泽的反射率表面，以保证在这时也能得到良好对比的干涉条纹。
(d) 灯源（4）直接拉伸灯头，可是灯丝作轴向位移，转动调节螺丝（4 a）可使灯丝作垂直于光轴方向作小量位移，使灯丝中心位于光轴上。
(e) 相机（5）相机（5）是上海照相机厂生产的DFC型相机，配上专用照相物镜，拍照时应将手轮10转到照相位置，使光线导向照相机。
(f) 主体（6）其右边有一半露的滚花手轮（11）用来改变孔径光栏Q2的大小。
手柄（12）（同轴）向左推到底时，将干涉滤光片移入光路，得到白光照明。
左边上部有个手轮（6）是转动遮光板（B）的，转动手轮（6）可使遮光板（B）转入光路，使标准镜一路的光线遮住，只有通过被测件P2的一束光到达视场，以便能使工件表面清晰地成像在目镜中。
2.3 操作步骤将灯源插头插在变压器插座上，变压器插头插在电源插座上，电源应是220V，如果系110V，那么应按变压器上说明图改变接线，灯开变压器上开关，照明灯就亮了。
将手轮(1 0 ) 转到目视位置，即把反光镜S 3 ，从光路中转出，同时转动手轮(6)将遮光板(B)从光路中转出，此时在目镜中应看到明亮的视场。
否则，可转动灯源中心调节螺丝(4a )，使得到照明均匀的视场。
转动手轮(8 ) 使目镜视场中下方弓形直边清晰，这说明标准镜Pl 已位于物镜O1 的物面上。
在工作台上安置好被测工件，被测面朝向物镜，转动手轮(6)将标准镜P1 一路光束遮去，转动滚花轮(2c)使工作台上下升降，直到在目镜视场中观察到清晰的工件表面象为止，此时再转动手轮(6)，将遮光板(B)从光路中转出。
松开螺丝(1b)将测微目镜从目镜转座中取出，直接从目镜管看进去，可以看到二个灯象，此时转动手轮(11)使孔径光栏开至最大，转动手轮(7)、（9），使二个灯丝象完全重合，同时调节螺丝(4a)使灯丝象位于孔径光栏中央，再插上测微目镜，旋紧螺丝(1b)。
将手柄(12)向左推到底，干涉滤色片F 插入光路，此时在目镜中应能看到干涉条纹，如果没有条纹，那么可以慢慢地来回转动手轮(14)，直到视场中出现最清晰的干涉条纹。
此时把手柄(12)向右推到底，即把干涉滤色片从光路中移出，就可以得到彩色寻：涉条纹，转动手轮（7)、(9)和配合转动手轮(8)、(14)可得到最好的对比和所需的宽度和方向的干涉条纹。
转动工作台使加工纹路方向和干涉条纹方向垂直。
松开螺丝(1b)转动测微目镜，使视场中十字线之一与干涉条纹平行。
现在就可以进行具体测量工作了。
为提高干涉条纹的对比，可以适当缩小孔径光栏的直径。
如果视场亮度太亮或太暗，可转动变压器上旋钮进行调节。
欲进行精密测量，应该应用单色光，同时应开灯半小时，待仪器温度衡定后进行测量，避免测量过程中山于干涉条纹位移而影响精度。
三、实验材料及设备1. 练习操作的6JA干涉显微镜2. 供观察的薄膜样品四、实验内容与步骤1. 观察6JA 干涉显微镜的构造与光路2. 操作显微镜，比较熟练地掌握聚焦方法，调节出清晰的干涉条纹。
3. 分别在自然光和绿光下观察同一个试样，比较干涉条纹的差别。
4. 计算出在自然光和绿光下薄膜试样的厚度。
五、实验报告要求1. 简述如何调节才能得到最清晰的干涉条纹图像。
2. 简述实验过程中产生误差的主要原因。
附：测量误差的修正系数由于在6JA 型干涉显微镜中光束不是垂直于样品表面，而是以一定倾角入射，故需要讨论由于光束倾斜而对测量结果造成的影响。
M 1和M 2分别表示标准反射镜和样品的表面(两者组成一虚光楔)，两者成一微小的夹角α(参考图4)，由于干涉显微镜的入瞳是圆形的，故样品表面被具有光束孔径角为u 的圆锥光束所照明，来自圆形入瞳中心处光线沿法线GA 方向入射，并按原方向反射，从M 1和M 2两表面反射的光程差为：(2)式中为两表面间距离，因此；来自圆形入瞳边缘处光线沿EA方向以角入射，相应两光束程差为由于α角微小，因此,，作如下近似处理：则得：(3)因为在视场中所观察到的干涉条纹是所有圆锥光束的光线所产生的干涉条纹相叠加的λδ11h 2N ==h 2h 1λN =μλδ22AD -CF AC N =+=μcos hCF AC =≈μμμμμcos sin 2sin 2sin 2hhtg AF AD ===λμμμμδ222cos 2cos sin 2cos 2N h hh==-=图六M1和M2组成一虚光楔结果，因此，其光程差为(4)将式( 2) 和式( 3) 代入式( 4) 中得。
又由于圆锥光束的孔径角的正弦为物镜的数值孔径, 即，故(5)比较式( 5) 与式( 1) , 得到因光束斜入射的修正系数为：该修正系数仅决定于物镜的数值孔径。
在6JA 型干涉显微镜中，数值孔径可在0.1~ 0.65范围内连续变动，具体取值由待测薄膜的厚度而定，根据数值孔径变化范围可知干涉显微镜测量膜厚的范围为~ ，厚度越小相应数值孔径越大，当NA= 0.65时, 其修正量高达12%。
故利用6JA 型干涉显微镜测量薄膜厚度时必须考虑修正系数, 修正后的计算公式为：（6） 一般0<NA<1。
因此, 会聚光照射样品表面时，干涉条纹间隔的长度“当量”大于。
只有当NA=0，即平行光垂直入射于样品表面，修正系数K= 1，故。
λδδδN =+=2)(21)cos 1(μλ+=N h )(sin NA =μ222)(1122)(11sin 11cos 1NA NNA N N N h -+=-+=-+=+=λλμλμλ2)(112NA K -+=m μ03.0m μ12)(1122h NA e H -+=λ2λeH2h λ=。