台阶仪测试薄膜厚度实验
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。
台阶仪测量膜厚原理
台阶仪测量膜厚原理在工程应用中，常常需要对薄膜进行测量，这是因为薄膜的厚度直接决定了其性能和特性。
因此，准确地测量薄膜厚度非常重要。
而台阶仪是目前最常用的一种膜厚测量仪器，下面我们就来了解一下台阶仪测量膜厚的原理。
1. 测量原理首先，需要了解一下薄膜的厚度测量方法。
目前，常用的薄膜测量方法有厚度计法、光学表面法、电学法等。
然而，相比这些方法，台阶仪方法具有以下优势：（1）具有较高的分辨率和测量精度，可达到1纳米级；（2）适用于非常薄的薄膜（1nm-1um）；（3）可针对非导电性材料进行膜厚测量。
那么，台阶仪的膜厚测量原理是什么呢？台阶仪膜厚测量的基本原理是利用Sagnac干涉仪和紫外线激光共同工作对薄膜的厚度进行测量。
Sagnac干涉仪用于指示台阶仪底座的角度，紫外线激光则发射向薄膜表面的光束。
当光线照射在薄膜表面时，一部分光线被反射，一部分光线穿透到膜下面。
在穿透反射过程中，膜表面和衬底之间形成了一段被称为Fabry-Perot铅垂常分明带（Airy带）的光程。
Fabry-Perot与Airy带的间距取决于膜的厚度和膜的折射率等参数。
接着，干涉仪接收到反射光和穿透衬底反射光的信号，计算干涉条纹并把他们转换为一个电子数字信号。
随后，通过Sagnac干涉仪的角度测量，台阶仪就可以准确地测量出膜厚了。
2. 物理基础对于这种原理，需要有一些必要的物理基础知识才能理解。
（1）慢光：当光通过介质，其传播速度降低，称作慢光。
根据频率和波长的变化，光在不同的介质中呈现出不同的传播速度。
（2）线性波导：又称平面波导，它是用来在介质中传输光的结构，根据电磁学理论，它可使光束存在于一个固定的模振荡中。
（3）布拉格反射镜：布拉格反射镜是一种反射器，它通过反射光回到光源，产生干涉条纹的效应。
（4）Sagnac干涉仪：Sagnac干涉仪利用了光在旋转坐标系下的特殊性质，将一个光束分为坐标系的两条路径，然后合并并使其产生回心干涉，包括会通过一个方向旋转的晶体来实现。
数显薄膜测厚仪操作规程(3篇)
第1篇一、仪器简介数显薄膜测厚仪是一种用于测量薄膜厚度的精密仪器，具有测量精度高、操作简便、功能齐全等特点。
该仪器广泛应用于塑料薄膜、纸张、金属箔、玻璃、陶瓷等材料的厚度测量。
二、操作步骤1. 开机准备（1）检查仪器外观，确保无损坏。
（2）接通电源，打开仪器电源开关。
（3）检查仪器各部分功能是否正常，如数字显示、按键、探头等。
2. 校准仪器（1）将探头放置在标准厚度板上，调整探头位置，使探头与标准板紧密贴合。
（2）按“校准”键，进入校准模式。
（3）根据仪器提示，输入标准板的厚度值。
（4）仪器自动进行校准，校准完成后，仪器进入测量状态。
3. 测量步骤（1）将待测薄膜放置在测量平台上，确保薄膜平整。
（2）将探头放置在薄膜上，调整探头位置，使探头与薄膜紧密贴合。
（3）按“测量”键，仪器开始自动测量薄膜厚度。
（4）测量完成后，仪器显示薄膜厚度值。
4. 保存数据（1）按“保存”键，进入保存数据模式。
（2）输入数据名称，如“薄膜1”、“薄膜2”等。
（3）按“确认”键，将数据保存至仪器内。
5. 关机操作（1）关闭仪器电源开关。
（2）将探头收起，放入仪器保护套内。
（3）整理实验台，清理实验器材。
三、注意事项1. 操作过程中，请勿用力按压探头，以免损坏仪器。
2. 测量过程中，确保薄膜平整，避免测量误差。
3. 仪器长时间不使用时，请关闭电源，以防损坏。
4. 定期对仪器进行校准，以保证测量精度。
5. 遵循仪器操作手册，正确使用仪器。
四、维护保养1. 定期检查仪器外观，如有损坏，及时更换。
2. 保持仪器清洁，定期用软布擦拭仪器表面。
3. 仪器长时间不使用时，请放置在干燥、通风的地方。
4. 按照仪器操作手册，定期对仪器进行保养。
通过以上操作规程，用户可以正确、高效地使用数显薄膜测厚仪，确保测量结果的准确性。
在使用过程中，如遇到问题，请及时联系仪器制造商或专业技术人员进行解决。
第2篇一、概述数显薄膜测厚仪是一种用于测量薄膜、涂层、塑料等材料厚度的精密仪器。
实验2.12利用白光干涉测定薄膜厚度测量
随着信息产业的发展，光学薄膜的需求不断增大，对器件特性的要求也越来越高。物 理厚度是薄膜最基本的参数之一，它会影响整个器件的最终性能，因此快速而精确地测量薄 膜厚度具有重要的意义。台阶仪是常用的厚度测试方法，然而它需要在样品上制作台阶，并 且测试中机械探针与样品接触，会对一些软膜的表面造成损伤，因而非破坏的光学手段是更 为理想的方法。
其中 a exp （- 4id / ）
此公式是在待测薄膜层的吸收较小的情况下推出的。r (n n0 ) /(n n0 ) ,如果精确计
算 ，n 应用 来代替。在吸收很小的情况下，其对计算结果的影响很小，并最后能得到方
程(2)，由于薄膜在吸收很小的区域，n、k 的变化不是很大，所以方程的极大和极小值出现 在
1、如图 3 所示，将 Y 型光纤一端标有光源的光纤与光纤光源连接。将标有光谱仪的一 端与光纤光谱仪连接。将探测端与薄膜测厚支架连接，并固定稳定。
图 3 实验原理图
2、软件安装后，按
可以开始测量。
3、保存参考光谱：取一块待测，未镀膜的光学基底，放置于光纤探测端下方，调整适
当的探测高度约 10mm，CCD 积分时间
如图 1 所示，在折射率为 n1 的基板上镀有复数折射率为 厚度为 d 的一层薄膜，放在
折射率为 n0 的空间。假定薄膜的复数折射率 n1 ik ，当一束光以幅度 A 从 n0 空间 垂直入射( 0 )到膜表面时(为便于分析，图中入射光有一定角度，实际测量中此角度一
般很小，对测量的影响可以忽略不 计)，由于多次反射，在膜上表面有一系列的反射光，它 们的幅 度分别为 A 、A 、A3⋯⋯
长的变化曲线就能够测量出来，这样可以根据每一波长计算出 k。 注意事项
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。
薄膜厚度的测量
薄膜厚度的测量——台阶仪安装操作说明一、台阶仪的安装1、硬件的安装1）打开电脑机箱盖，将台阶仪自带的电视卡插入PCI扩展槽，插好后将电脑机箱盖合上;2)接上台阶仪电源线，将台阶仪上的USB线和视频线与电脑箱连接；2、软件的安装1）打开电脑机箱和显示器，将台阶仪自带的光盘插入电脑光驱； 2）将光盘上所有的内容都复制到电脑C盘根目录下；3）安装光盘中的两个驱动程序，安装完成后重启计算机;4）计算机重启后将拷入C盘中的注册表文件导入，导入成功后将台阶仪操作软件图标发送到桌面；二、台阶仪的操作1、台阶仪的标定1）打开电脑机箱和显示器，打开台阶仪电源，等待10秒后将电脑桌面上的操作软件打开，几秒后自动弹出两个对话框，点击确认后进入操作界面；2）拿出标定用的标准样品，拿出样品后立即合上盒盖，防止灰尘进入；3）打开台阶仪保护盖，将标准样品贴紧样品台滑到台中央；4）调节样品台位置，使标样在探针正下方；5）点击操作软件上的“Setup”按键，设置扫描参数，将Speed设置为0.07mm/sec，Length设置为0.6mm，Range设置为10microns，Stylus Force设置为1mg，Filter Level设置为4，点击OK进行确认； 6）点击Engage，观察标准样品与探针所处的位置，如果样品台阶中央不在探针下方，点击Z+将探针升高，通过调节样品台使标准样品处于探针的正下方，合上保护盖，点击Engage，继续观察标准样品与探针的位置，如此反复操作，直到标准样品的台阶在探针的正下方；7）点击Scan，并点击确认扫描对话框，台阶仪自动进行扫描，扫描结束后，探针自动复位，测出的数据会自动弹出来；8）用鼠标引动R,M光标，（R为参照光标，M为测量光标）到台阶的两侧，点击Level Date将台阶的曲线调平；9）在曲线图窗口中点击鼠标右键，选择Size Cursors，将R,M光标线进行展开到适合宽度，然后点击鼠标右键将M光标移动到台阶上，窗口的右上角就会显示出台阶的平均高度；10）重复7-9的步骤，反复测量几次，带测量数据稳定后，在曲线图窗口点击右键，选择Calibrate Height，在弹出的对话框中填写1063Å，点击确定；11）重复7-9的步骤，将测量出的台阶数据和标准样品给出的数据对比，一般来说只有几个Å的差别；12）台阶仪标定完成；2、台阶仪的测量操作1）打开电脑机箱和显示器，打开台阶仪电源，等待10秒后将电脑桌面上的操作软件打开，几秒后自动弹出两个对话框，点击确认后进入操作界面；2）打开太介意保护盖，将样品贴紧样品台滑到台中央；3）点击点击Engage，观察标准样品与探针所处的位置，如果样品台阶中央不在探针下方，点击Z+将探针升高，通过调节样品台使标准样品处于探针的正下方，合上保护盖，点击Engage，继续观察标准样品与探针的位置，如此反复操作，直到标准样品的台阶在探针的正下方；4）点击Scan，并点击确认扫描对话框，台阶仪自动进行扫描，扫描结束后，探针自动复位，测出的数据会自动弹出来；5）用鼠标引动R,M光标，（R为参照光标，M为测量光标）到台阶的两侧，点击Level Date将台阶的曲线调平；6）在曲线图窗口中点击鼠标右键，选择Size Cursors，将R,M光标线进行展开到适合宽度，然后点击鼠标右键将M光标移动到台阶上，窗口的右上角就会显示出台阶的平均高度；7）如果对数据还要进行其他分析，继续在分析中操作，具体的粗糙度、薄膜内应力的分析步骤见后面详细说明；8）关闭分析软件窗口后，返回操作界面，点击Z+，将探针升起； 9）打开保护盖，调节样品台将样品滑出，然后放入下一个样品，用上面的步骤进行测量；10）测试完毕后，点击Z+将探针升到顶端，关闭测试软件，关闭台阶仪电源，关闭电脑。
薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法
262薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法项目完成单位：国家建筑材料测试中心 项目完成人：刘元新鲍亚楠 孙宏娟 王廷籍摘 要 本文提出薄膜厚度和消光系数的标准曲线测量法，论述了方法的测量原理和测量程序。
该法的膜厚的测量范围为~80nm 到2000nm ；膜厚的测量误差大约为±13nm 。
关键词 薄膜、厚度、消光自洁净玻璃的自洁净性能、低幅射玻璃的低幅射性能都与其膜层的厚度、折射率和消光系数有着密切的关系[1]。
近代微电子学装置，如成像传感器、太阳能电池、薄膜器件等都需要这些参数[2] 。
这些参数的数据是薄膜材料、薄膜器件设计的必不可少的基础性数据。
通常都是单独测量这些参数，薄膜厚度用原子力显微镜、石英震荡器、台阶仪、椭偏仪、干涉法来测量。
薄膜折射率的测量就比较麻烦，因为它是波长的函数，它可以用基于干涉、反射原理的方法测量。
从薄膜的吸收谱就可测量其消光系数。
显然，取得这些数据是很麻烦、很费时、成本也很高，特别是对于纳米级薄膜。
2000年，美国Princeton 等大学提出[2] ，从物理角度建立透射光谱模型，调整模型中的未知的参数，即薄膜厚度、折射率、消光系数，使透射光谱的理论曲线同实验曲线重合，这就同时取得薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。
他们用这种方法同时测量了“玻璃-薄膜” 系统的薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。
显然，这是取得这些数据的简便、快速、低成本的方法，是这领域的一个发展趋势。
镀膜玻璃的透射光谱既包含玻璃参数的信息，也包含薄膜参数的信息，如果能从中解析出薄膜参数的信息，也就得到了薄膜参数的测量值，这就是透过光谱法测量薄膜参数的基本思路。
本文基于这个基本思路提出测量薄膜参数的另一方法，姑且称为标准曲线法，方法的原理是基于这样的实验现象，即薄膜的吸收越强，镀膜玻璃的透过率越低；在薄膜吸收的光谱区内，薄膜越厚，镀膜玻璃的透过率也越低；这就是说，镀膜玻璃在指定波长λ处的透过率T 是薄膜厚度t 和薄膜消光系数κ的函数，),,(λκt T T =但镀膜玻璃透过率和薄膜参数有什么函数关系？这就是本文要研究的问题。
用薄膜测厚仪测量薄膜厚度及折射率
用薄膜测厚仪测量薄膜厚度及折射率【实验目的】1、了解测量薄膜厚度及折射率的方法，熟悉测厚仪工作的基本原理。
2、通过本实验了解薄膜表面反射光和薄膜与基底界面的反射光相干形成反射谱原理。
3、借助光学常数，对薄膜材料的光学性能进行分析。
【实验原理】SGC-10薄膜测厚仪，适用于介质，半导体，薄金属，薄膜滤波器和液晶等薄膜和涂层的厚度测量。
该薄膜测厚仪采用new-span公司先进的薄膜测厚技术，基于白光干涉的原理来测定薄膜的厚度和光学常数（折射率n，消光系数k）。
它通过分析薄膜表面的反射光和薄膜与基底界面的反射光相干形成的反射谱，用相应的软件来拟合运算，得到单层或多层膜系各层的厚度d，折射率n，消光系数k。
【实验仪器及材料】测厚仪、已制备好薄膜数片、参考反射板（硅片）【实验过程及步骤】运行程序，如果出现下面错误提示窗口，请确认USB线已连接好仪器与计算机。
关闭程序，连接好USB线，并重新启动程序。
第一次按“Measure”键时，如果出现下面的错误窗口，则是因为没有把软件安装在默认目录下。
这时，请按下“Continue”按钮（也许需要连按5次），再切换到“Measurement Setting”面板，选择薄膜层数4，再从材料数据库中选择基底和四层薄膜的材料（随便选取），然后按“Save Setting”，以后就不会再出现错误窗口了。
各部分功能1 注册界面（Registration）第一次运行程序会出现下面的注册界面。
其中的“Serial #”会从仪器自动读出，如果运行后还是空白的，请确认你的USB线是否连接好了。
如果仍旧是空白的，请参考安装说明重新安装软件。
“License #”需要你手动输入，其由你的供货商提供。
输入注册码后请用鼠标左键点击界面上的“Enter”按钮完成注册，而不是按键盘上的“Enter”键。
2 测量设置界面（Measurement Setting）各部分功能描述3 测量界面（Measurement）各部分功能描述数据格式（以硅为例）三列数，第一列是波长（单位是纳米），第二列是折射率n，第三列是消光系数k，中间用“Tab”键分开。
薄膜厚度与光学常数的测量
薄膜厚度与光学常数的测量一、实验目的了解薄膜厚度测量的主要测量原理和方法以及流程，掌握Filmetrics膜厚测试仪的测试原理，操作流程，特点及注意事项。
二、实验原理在现代科学技术中，薄膜已有广泛的应用。
薄膜厚度是薄膜性能参数的重要指标，薄膜厚度是否均匀一致是检测薄膜各项性能的基础。
目前，两类主要的薄膜测量是基于光学和探针的方法。
探针法测量厚度及粗糙度是通过监测精细探针划过薄膜表面时的偏移。
探针法在测量速度和精度上受限，并且测量厚度时需要在薄膜里作一个“台阶”。
探针法通常是测量不透明薄膜（例如金属）的首选方法。
光学法是通过测量光与薄膜如何相互作用来检测薄膜的特性。
光学法可以测量薄膜的厚度、粗糙度及光学参量。
光学参量是用来描述光如何通过一种物质进行传播和反射的。
一旦得知光学参量，就可以同其它重要参量（例如成分及能带）联系起来。
两类最常用的光学测量法是反射光谱法及椭圆偏光法。
反射光谱法是让光正（垂直）入射到样品表面，测量被薄膜表面反射回来的一定波长范围的光。
椭圆偏光法测量的是非垂直入射光的反射光及光的两种不同偏振态。
一般而言，反射光谱法比椭圆偏光法更简单和经济，但它只限于测量较不复杂的结构。
Filmetrics膜厚测试仪采用的是反射光谱法的原理，可测量薄膜的厚度及光学常数。
反射光谱包含了样品的反射率，膜层厚度，膜层和基底的折射率与消光系数的信息。
光学参量（n和k）描述了光通过薄膜如何进行传播。
n是折射率，描述了光在材料中能传播多快，同时它表示入射角i与折射角r的关系。
k是消光系数，决定材料能吸收多少光。
n与k是随着波长的变化而变化的。
这种依赖关系被称为色散。
不同波长的光波在穿透被测膜层时会产生不同的相位差，由被测膜层的厚度与n，k值决定各个波长的光所产生的相位差，相位差为波长整数倍时，产生建设性叠加，此时反射率最大；相位差为半波长时，出现破坏性叠加，反射率最低；整数倍与半波长之间的叠加，反射率介于最大与最小反射之间，这样就形成了干涉图形。
一种适用于在线检测的纳米薄膜厚度精确测量方法
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｔ ｉ ｌ ； ｈｉｋ ｅ ｓ ｄ ｔ ｒ ｎ ｔ ｏ ｐ ｅ ｉｅ ｄｓ ｈ ｎ ｆ ｍ ｔ ｃ ｎ ｓ ； ｅ ｅ ｍｉ ａ ｉ ｎ； ｒ ｃ ｓ ｉ
０ 引 言
自２ 世纪 ７ 年代 以来 ， ０ ０ 薄膜 技术和 薄膜材
料得 到 了迅速 发 展 ，已成 为 当代 真 空技术 和 材 料 科学 中最 活跃 的研 究 领域 。由于跨 学 科 的综 合设 计与 高精 尖 的制造 技术 已使 得薄 膜 技术 渗
Ｅ－ ａｌ ｍ ｉ：３６ ６ ５ ６ ｑ ｃ ｍ ２ ７ ４７ ＠ ｑ．ｏ
ｈ ｐ ／ ｕｎ１ｔ． ． ／ｗ ｔ ： ｊ ｒ ． ｐ ｃ ｎｈ ｔ ／ ｏ ａｓ ａ ｃ ｉ
ＩＦＡ Ｅ Ｍ Ｎ ＨＹ／ Ｏ． ， Ｏ７ Ｕ ０１ ＮＲ Ｒ Ｄ（Ｏ Ｔ Ｌ）Ｖ Ｌ ２ Ｎ ． ３ ，ＪＬ １ ２
透 到信 息、生物、航空 、 航天 和新能源等前 沿领 域， 薄膜技术在从 航天 、 星等空 间探 测器到集 卫 成 电路 、生物芯 片、激光器件 、液晶显示 以及集 成光学等 方面都发 挥着重要 作用 ［ ３。 １］ － 薄 膜 的光学 常数 （ 折射 率 ｎ和 消光 系 数 ｋ ） 和厚 度是 决定 其性 质和控 制性 能 的基本参 数 。
或 极小值 。利 用薄 膜 的透射 或反 射率 曲线上 的 ２ 或 ２ 以上 的极值 点的位置 ， 个 个 即可计 算 出薄
膜 的厚 度和光学常数 。 该方法计算 简单 ， 是薄 但
精度 机械触 针在 物体 表面 上进 行运 动来感 知表
面轮廓 的变 化 。台阶 仪就 是这 种方 法 的应 用实 例。 作为 一种基 于机械运 动的探针测量设 备，台 阶仪 的精 度受 到许 多 因素 的限制 ，而 且其 在测 量薄膜厚度 时， 需要露 出薄 膜基底作 为阶梯 。 因 此， 往往 需要对薄膜进行 二次加工 。 在测量 时，
台阶仪测试薄膜厚度实验
台阶仪测试薄膜厚度实验一、实验目的：掌握测试薄膜厚度原理和方法，了解台阶仪操作技术。
二、实验原理：LVDT是线性差动变压器的缩写，为机电转换器的一种。
利用细探针扫描样品表面，当检测到一个高度差别则探针做上下起伏之变化，此变化在仪器内部的螺旋管先圈内造成磁通量的变化，再有内部电子电路转换成电压讯号，进而求出膜厚。
LVDT线性位置感应器，可测量的位移量小到几万分之一英寸至几英寸。
LVDT的工作原理是由振荡器产生一高频的参考电磁场，并内建一支可动的铁磁主轴以及两组感应线圈，当主轴移动造成强度改变由感应线圈感应出两电压值，相比较后即可推算出移动量。
三、操作流程1 打开电脑，开台阶仪电源，等待10秒后打开操作软件。
2 打开台阶仪保护盖，小心放入样品。
3 点击Engage,观察样品与探针所在位置。
4 点击Z+将探针升起，将样品调到适当位置。
5 点击Scan，进行扫描。
6 分析数据。
7 点击Z+将探针升到顶端。
8 取出样品，关闭保护盖。
9 关闭操作软件，关闭台阶仪电源，关闭电脑。
四、注意事项1 待测样品要经过严格的送样登记、测试、记录程序，不明样品不得测试。
2 测试前，用洗耳球吹扫样品表面，把灰尘等东西从样品表面吹扫干净，保证样品的洁净度；吹扫时，洗耳球的尖端不能接触样品表面，防止破坏样品。
3 接通电源，依次打开电脑开机按钮，显示器按钮，台阶仪电源按钮，要等待一定时间（约10秒）后，待数据信息接通后，将电脑桌面上的操作软件XP打开，不应马上打开软件进行测试。
4 样品放置时，要保证样品在样品台上平稳放置，放置时要横平竖直，所要测试的台阶的位置靠近探针针尖的垂直位置。
5 在探针降落到样品表面的过程中，先使用Engage按钮落针，此过程尽量不使用Z-。
如探针距离样品很远，Engage使用弹出警告的情况下才使用Z-按钮；具体操作时，点击1-2下Z-键，再使用Engage按钮让探针下落。
如果再次出现警告，则再点击Z-按钮，再使用Engage按钮落针，确保针尖安全。
薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法
262薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法项目完成单位：国家建筑材料测试中心 项目完成人：刘元新鲍亚楠 孙宏娟 王廷籍摘 要 本文提出薄膜厚度和消光系数的标准曲线测量法，论述了方法的测量原理和测量程序。
该法的膜厚的测量范围为~80nm 到2000nm ；膜厚的测量误差大约为±13nm 。
关键词 薄膜、厚度、消光自洁净玻璃的自洁净性能、低幅射玻璃的低幅射性能都与其膜层的厚度、折射率和消光系数有着密切的关系[1]。
近代微电子学装置，如成像传感器、太阳能电池、薄膜器件等都需要这些参数[2] 。
这些参数的数据是薄膜材料、薄膜器件设计的必不可少的基础性数据。
通常都是单独测量这些参数，薄膜厚度用原子力显微镜、石英震荡器、台阶仪、椭偏仪、干涉法来测量。
薄膜折射率的测量就比较麻烦，因为它是波长的函数，它可以用基于干涉、反射原理的方法测量。
从薄膜的吸收谱就可测量其消光系数。
显然，取得这些数据是很麻烦、很费时、成本也很高，特别是对于纳米级薄膜。
2000年，美国Princeton 等大学提出[2] ，从物理角度建立透射光谱模型，调整模型中的未知的参数，即薄膜厚度、折射率、消光系数，使透射光谱的理论曲线同实验曲线重合，这就同时取得薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。
他们用这种方法同时测量了“玻璃-薄膜” 系统的薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。
显然，这是取得这些数据的简便、快速、低成本的方法，是这领域的一个发展趋势。
镀膜玻璃的透射光谱既包含玻璃参数的信息，也包含薄膜参数的信息，如果能从中解析出薄膜参数的信息，也就得到了薄膜参数的测量值，这就是透过光谱法测量薄膜参数的基本思路。
本文基于这个基本思路提出测量薄膜参数的另一方法，姑且称为标准曲线法，方法的原理是基于这样的实验现象，即薄膜的吸收越强，镀膜玻璃的透过率越低；在薄膜吸收的光谱区内，薄膜越厚，镀膜玻璃的透过率也越低；这就是说，镀膜玻璃在指定波长λ处的透过率T 是薄膜厚度t 和薄膜消光系数κ的函数，),,(λκt T T =但镀膜玻璃透过率和薄膜参数有什么函数关系？这就是本文要研究的问题。
真空技术-薄膜厚度的测量
台阶仪
差动变压器式光洁度计的触针部分
台阶仪（金属触针、位移传感 器、放大器)、电脑
位移传感器：阻抗变化式，差动变压 式，压电放大式等
台阶仪测量原理
• 形状薄膜测厚法 • 台阶法（触针法）：这是将表面光洁度测量移用与薄膜厚度测量的一 种方法。 • 测量具体过程：金刚石触针——表面上移动——触针跳跃运动——高 度的变化由位移传感器转变成电信号——直接进行读数或由记录仪画 出表面轮廓曲线。 • 膜厚测量时，需薄膜样品上薄膜的相邻部位完全无膜，形成台阶(两种 方法：遮盖、腐蚀)。当触针横扫过该台阶时，就能通过位移传感器显 示出这两部分之间的高度差，从而得到形状薄膜值dT。
微量天平法扭秤法光电极值法变厚极值法变角极值法变波长极值法红外干涉法扫描电子显微镜俄歇电子谱法线电阻法面电阻法电容法电感法辨色法比色法斜阶条纹法弯度法条纹对正法等色级条纹法钠光内标法目视弯度法测微目镜法光电狭缝法摄影测量法偏光干涉法二次曝光法实时法基片波前存储法膜厚定义台阶仪石英晶振椭偏仪这三种测量方法测得的薄膜厚度分别属于形状膜厚d基片表面为s薄膜的不在基片那一侧表面的平均表面称为薄膜的形状表面s
金刚石触针 r=0.1-10μm m=1-30 mg
薄膜
基体
优缺点
优点
• 迅速测定薄膜的厚度及其分布 • 可靠直观 • 具有相当的精度
缺点
• 不能记录表面上比探针直径小 的窄裂缝、凹陷 • 由于触针的尖端直径很小，易 将薄膜划伤、损坏
因此这种方法对具有较高硬度的薄膜(SiO2、TiN等）适用。
面对柔软薄膜则必须采用较轻质量、较大直径的触针，才能不使薄
下面就来看看按这三种方法分类的 膜厚测量方法有哪些：
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。
铟锡氧(ITO)和氟锡氧(FTO)透明导电薄膜的表征与分析
films.
Key words: transparent conductive oxide; magnetron sputtering; annealing; surface topography; X-ray photoelectron
research objects. Ultraviolet-visible spectrophotometer was used to characterize the film transmittance of the samples. The
results show that both ITO and FTO films exhibit good optical transmittance. Scanning electron microscope ( SEM) was used to
observe the surface morphology of the films, and the surface of all the films was relatively uniform. X-ray photoelectron
spectroscopy ( XPS) was used to characterize the elemental, composition, valence and electronic state information of the
针对特定的应用领域,ITO 和 FTO 薄膜展现出各自的优缺点。 首先,ITO 薄膜具有优良的光学透明性,
台阶仪测试薄膜厚度试验
东南大学材料科学与工程实验报告学生姓名徐佳乐班级学号12011421 实验日期2014/9/3 批改教师课程名称电子信息材料大型实验批改日期实验名称台阶仪测试薄膜厚度试验报告成绩一、实验目的掌握测试薄膜厚度原理和方法，了解台阶仪操作技术。
二、实验原理LVDT是线性差动变压器的缩写，为机电转换器的一种。
利用细探针扫描样品表面，当检测到一个高度差别则探针做上下起伏之变化，此变化在仪器内部的螺旋管线圈内造成磁通量的变化，再有内部电子电路转换成电压信号，进而求出膜厚。
LVDT线性位置感应器，可测量的位移量小到几百万分之一英寸到几英寸。
LVDT的工作原理是由振荡器产生一高频的参考电磁场，并内建一支可动的铁磁主轴以及两组感应线圈，当主轴移动造成强度改变由感应线圈感应出两电压值，想比较后即可推算出移动量。
三、实验内容及步骤1.开机步骤：（1）检查并确保所有连线连接正常。
（2）释放紧急按钮（红色），按箭头指示方向旋转。
（3）开启PROFILER电源（白色，开启时会亮），并热机10分钟。
（4）打开计算机和显示器，并执行桌面程序Dektak Version 9 icon，等候读取大约30秒即可开启软件窗口。
2.放置样品：（1）确认Z轴是升起来状态；若没有请按tower up。
（2）将平台拉出，样品放置平台中间处。
（3）将平台移入，粗调平台X-Y轴使样品置于针头之下。
（4）按下tower down下针，针头碰触到样品后会立即回弹上来一小段，此时再微调平台X-Y轴把待测区域移到枕头下。
3.参数设置：（1）按Switch To Scan Routines Window（2）再点选Scan Parameters 任一个参数去设定。
（3）设置扫描参数：（a）Length——扫描长度，范围50um到50mm（b）Duration——扫描时间，建议500um至少10秒，以此类推（c）Measurement Range——测量深度范围，按样品厚度选取（d）Profile——选取合适的样品表面轮廓：1.Hills（测量凸起的台阶）2.Valleys（测量凹陷的台阶）3.Hills and Valleys（有凹有凸），默认使用（4）按下Run Scan Routine Here icon即开始测量4.扫描结果分析：（1）扫描完成后可将图形做LEVEL，移动R和M Cursor到要level 的位置，点选或者F7即可。
不同方法测量铜薄膜厚度的比较
圆偏光法ꎮ 两种方法都是利用分析反射光确定电
介质、半导体和金属薄膜的厚度和折射率ꎬ主要区
别在于椭偏法测量小 角 度 从 薄 膜 反 射 的 光ꎬ 而 反
射光谱法测量从薄膜垂直反射的光ꎮ 反射光角度
的不同造成两种方法 在 成 本ꎬ 复 杂 度 和 测 量 能 力
上的不同ꎮ 椭偏法因为需要分析反射光的偏振和
学厚度(薄膜的折射率 ｎ 和膜厚 ｄ 之积) 发生周期
性的变化ꎬ呈现出一系列的极大和极小ꎬ出现干涉
条纹[５] ꎮ
有关薄膜干涉条纹的公式为ꎬ
ｎｄ
＝
ｍ
λ ４
(６)
式中 ｍ 为一整数ꎬ这个式子显然满足于反射率曲
线极值条件ꎬ而且ꎬ如果 ｎ１ 和 ｎ２ 分别为波长 λ１ 和 λ２ 所对应的两个连续极值点的折射率ꎬ则薄膜厚 度为:
Ｒ
＝
(ｎ (ｎ
－ ＋
１) ２ １) ２
＋ ＋
ｋ２ ｋ２
(４)
式中 ｄ 为薄膜的厚度ꎬｎ 和 ｋ 分别为折射系数和消 光系 数ꎮ 对 于 弱 吸 收 薄 膜ꎬｋ２ < < ( ｎ￣１) ２ꎬ 因
而有
ｎ＝１＋ Ｒ
(５)
１－ Ｒ
在光垂直入射薄膜的情况下ꎬ由于薄膜干涉
现象ꎬ反射光谱和透射光谱都会各自随薄膜的光
强度ꎬ需要精密昂贵的椭圆偏振仪ꎻ而反射光谱法
测量的是垂直光ꎬ忽略偏振效应ꎬ用简单低成本的
分光光度计即可[５] ꎮ 本文在测量铜膜厚度时ꎬ采
用的是反射光谱法ꎮ
对于弱吸收薄膜ꎬ在基本光吸收区取一级近
似ꎬ则透射率 Ｔ、 反射率 Ｒ 和吸收系数 α 满足关 系式[６] :
Ｔ ≈ (１ － Ｒ) ｅ －αｄ
(３)
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台阶仪测试薄膜厚度实验
一、实验目的：
掌握测试薄膜厚度原理和方法，了解台阶仪操作技术。
二、实验原理：
LVDT是线性差动变压器的缩写，为机电转换器的一种。
利用细探针扫描样品表面，当检测到一个高度差别则探针做上下起伏之变化，此变化在仪器内部的螺旋管先圈内造成磁通量的变化，再有内部电子电路转换成电压讯号，进而求出膜厚。
LVDT线性位置感应器，可测量的位移量小到几万分之一英寸至几英寸。
LVDT的工作原理是由振荡器产生一高频的参考电磁场，并内建一支可动的铁磁主轴以及两组感应线圈，当主轴移动造成强度改变由感应线圈感应出两电压值，相比较后即可推算出移动量。
三、操作流程
1 打开电脑，开台阶仪电源，等待10秒后打开操作软件。
2 打开台阶仪保护盖，小心放入样品。
3 点击Engage,观察样品与探针所在位置。
4 点击Z+将探针升起，将样品调到适当位置。
5 点击Scan，进行扫描。
6 分析数据。
7 点击Z+将探针升到顶端。
8 取出样品，关闭保护盖。
9 关闭操作软件，关闭台阶仪电源，关闭电脑。
四、注意事项
1 待测样品要经过严格的送样登记、测试、记录程序，不明样品不得测试。
2 测试前，用洗耳球吹扫样品表面，把灰尘等东西从样品表面吹扫干净，保证
样品的洁净度；吹扫时，洗耳球的尖端不能接触样品表面，防止破坏样品。
3 接通电源，依次打开电脑开机按钮，显示器按钮，台阶仪电源按钮，要等待
一定时间（约10秒）后，待数据信息接通后，将电脑桌面上的操作软件XP打
开，不应马上打开软件进行测试。
4 样品放置时，要保证样品在样品台上平稳放置，放置时要横平竖直，所要测试的台阶的位置靠近探针针尖的垂直位置。
5 在探针降落到样品表面的过程中，先使用Engage按钮落针，此过程尽量不使用Z-。
如探针距离样品很远，Engage使用弹出警告的情况下才使用Z-按钮；具体操作时，点击1-2下Z-键，再使用Engage按钮让探针下落。
如果再次出现警告，则再点击Z-按钮，再使用Engage按钮落针，确保针尖安全。
6 测试时，显示屏幕如果发现针尖位置的表面比较脏，如表面有很多不明的颗粒存在于样品表面，停止测试，待送样者把样品处理干净后再作测试。
7 断电时，UPS自动启动，此时将探针升到顶端，取出样品，关上保护盖，关闭台阶仪电源，关闭电脑。
8 台阶仪在使用的过程中，需作定期校准，为保证测试的准确性，暂时定为一周校准一次。
9 清洁样品台无异物、赃物。
10擦拭台阶仪外壳表面无灰尘，用洗耳球对探针进行吹扫。
11探针针头是否完整，有无歪斜、探针脱落。
12台阶仪主机与电脑连接是否完好，各连接线是否处在连接位置。
13样品台是否整洁，有无明显异物。
14台阶仪的校准。
(1)正常开机打开台阶仪拿出校样标准件。
(2)对做出的数据对照标准数据是否一致。
六、实验结果与分析：
七、思考题：
1、对于用台阶仪对非完美薄膜的厚度测量，Step Hight的M和R Cursor点的选择？
两个点分别选在图线中的拐点处，这样倾斜的曲线会水平，比较容易得到薄膜的厚度
2、怎么样才能得到一个比较shape的台阶？
在制备时在衬底上覆盖一个形状规则比如长方形的陪片，且覆盖片要尽量薄，边缘
应整齐，这样产生的台阶才会陡峭，方便测量。