第20卷 第4期
2003年 12月
吉 林 建 筑 工 程 学 院 学 报
Journal of Jilin Architectural and Civil Engineering Institute
V01．20 No．4
Dec．2003
文章编号：1009—0185(2003)04—0015—03
用迈克尔逊干涉仪测量纳米级薄膜厚度的研究
王恩实 邓 宇 、田晓燕2
(1：吉林建筑工程学院基础科学系，长春 130021； 2：吉林建筑212程学院环境212程系，长春 130021)
摘要：通过实验，介绍了如何利用波动光学原理和迈克尔逊干涉仪测量纳米膜厚度，为纳米技术和纳米材料的研究
打开了新思路，提供了新方法．
关键词：纳米膜；纳米技术；纳米材料；迈克尔逊干涉仪
中图分类号：O621 文献标识码：A
纳米技术和纳米材料的科学价值和应用前景已逐渐被人们所认识，一种普遍的观点认为，信息和生命科
学技术能够进一步发展的共同基础是纳米科学技术．纳米材料被当作一种非常小的“宏观物质”表现出前所
未有的特性，纳米技术和纳米材料集中体现了小尺寸，复杂构型，高集成度和强相互作用，以及高比表面积等
现代科学技术发展的特点，是当代微电子工业的支柱，同时，在治理环境污染和医疗保健方面也发挥了重要
的作用．
纳米材料大致可分为纳米粉末(零维)、纳米纤维(一维)、纳米膜(二维)、纳米块体(三维)、纳米复合材料
和纳米结构等 6类，其中，纳米膜分为颗料膜(颗粒度在 100纳米以下的粉末构成)与致密膜(膜层致密且在
100纳米以内薄膜)，某些金属及氧化物具有半导体光催化作用，对于破坏微观的细菌和气味有明显作用，还
可以使癌细胞失活，对异味进行控制，对于氮的固化和清除油污染都十分有效．当它们被制成纳米膜结构，不
仅坚固，而且具有自身对抗外界不纯物质的能力，不易与外界不纯物质结合，且有嗜菌和抗菌的作用，在医疗
保健方面有广阔的应用前景．由于薄膜厚仅在 100 nm以下，因此，无法采用普通测量工具进行快速测量．对
纳米材料的研究，传统上依赖扫描隧道电子显微镜(Scanning Tunneling Microscopy简称 STM)和原子力显
微镜，其横向分辨率达 0．1 Elm，纵向分辨率达 0．01 nm．由于设备昂贵，给纳米材料的生产和检测带来不便，
严重阻碍纳米科技的发展，所以通常对纳米膜的监测精度达到几十纳米已经足
够．下面着重介绍如何采用等厚干涉仪(如图 1)和迈克尔逊干涉仪(如图2)巧妙
设计光路，对薄膜厚度进行快速准确的测量．
1 采用等厚干涉仪粗测
将被测薄膜加工在玻璃基片上的右侧半块，左侧为玻璃表面见图 3，在上面
覆盖另一光学平玻璃片，一端插入细丝，则在两玻璃板间形成一空气劈尖．当用
波长 为 589．3 nm的单色光垂直照射时，在劈尖上下两表面反射的光束发生
干涉，形成等厚干涉条纹，两相邻条纹空气层厚度差为 ／2，由于纳米膜的存在，
在其分界线上对条纹产生影响，使条纹偏移，大小与膜厚成正比，若条纹偏移距 图1采用等厚干涉仪粗测
离小于一个条纹间距，说明膜厚小于 ／2，即294．6 nm．举例：条纹偏移 1／3条纹间距，则膜厚为 l／6=98．2
nm左右，用此方法可快速判断膜厚是否在 100 nm左右．由于条纹较密，难以提高测量精度．
2 应用迈克尔逊干涉仪准确测量薄膜厚度
迈克尔逊干涉仪是物理实验室常见的仪器．利用干涉原理可以测量微小长度见图4．
收稿日期：2003一O4—18．
作者简介：王恩实(1950--)，男，吉林省永吉县人，教授，硕士
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第4期 王恩实，邓 宇，田晓燕：用迈克尔逊干涉仪测量纳米级薄膜厚度的研究
薄膜厚度
参 考 文 献
天津大学等 ．物理实验 M]．北京：人民教育出版社 ．1981．
马和平等 ．大学物理实验[M]．长春：东北师范大学出版社，1995．
马文蔚等 ．大学物理 M ．北京：高等教育出版社 ．1994．
张立德等 ．纳米材料和纳米结构[M]．北京：科学出版社 ．2002．
王世敏等 ．纳米材料制备技术 M]．北京：化学工业出版社，2002．
张立德 ．纳米材料[M]．北京：化学工业出版社 ．200t．
柯杨船等 ．聚合物一无机纳米复合材料[M]．北京：化学工业出版社 ．2003．
王永康等 ．纳米材料科学与技术[M]．杭州：浙江大学出版社 ．2002．
朱 屯等 ．国外纳米材料技术进展与应用[M]．北京：化学工业出版社 ．2003
徐国财等 ．纳米复合材料[M]．北京：化学工业出版社 ．2003．
Reaserching on the Messured Nanometer Level Film Thickness
with M ichelson’S Interferometer
WANG En—shi ，DENG Yu ，TIAN Xiao-yan
(1：Department of Basic Science，Jilin Archtectural and Civil Engineering Institute，Changchun 130021；
2：Department of Environmental Engineering，Jilin Architectural and Civil Engineering Institute，Changchun 130021)
Abstract：In this paper，authors present that how to apply undulatory theory of light to measure nanometer film
thickness by used Michelson’S interferometer．It will supply a new method in the research field of nanometer
technical materials．
Keywords：nanometer film；nanometer technology；nanometer materials；Michelson’S interferometer
⋯ ⋯
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