【word】白光反射谱测薄膜厚度实验

【word】白光反射谱测薄膜厚度实验【word】白光反射谱测薄膜厚度实验白光反射谱测薄膜厚度实验白光反射谱测薄膜厚度实验 MeasurementofThicknessoftheThinFiImUsingReflectanceSpectrumoftheWhiteLight 刘滢滢柯伟平董占民高红 (清华大学,北京市10o084) LiuYingyingKeWeipingDongZhanminGaoHong (TsinghuaUniversity,Beijing100084) 【摘要】本实验利用白光的反射谱来测薄膜的厚度,利用单色仪...

【word】白光反射谱测薄膜厚度实验白光反射谱测薄膜厚度实验白光反射谱测薄膜厚度实验 MeasurementofThicknessoftheThinFiImUsingReflectanceSpectrumoftheWhiteLight 刘滢滢柯伟平董占民高红 (清华大学,北京市10o084) LiuYingyingKeWeipingDongZhanminGaoHong (TsinghuaUniversity,Beijing100084) 【摘要】本实验利用白光的反射谱来测薄膜的厚度,利用单色仪测量不同波长光的干涉光强度,把对条纹的测量转变为对不同波长干涉光强度的测量,既可以手动也可以利用数据采集系统自动采集和处理数据,使操作和测量更加简洁方便. 【关键词】单色仪反射谱干涉光强 Abstract:Thicknessofthethinfilmwasmeasuredthrou曲 usingreflectancespectrumofthewhitelightandinterference li曲 tintensityofdifferentwavelengthwasmeasuredbymonochrometer.Themeasurementofinterferencelightintensity ofdifferentwavelengthwastransformedfromthemeasurementofthestripes. Soitisveryconvenienttooperateand testbyhandorbyautomaticdataacquisitionsystem. Keywords:MonochrometerReflectanceSpectrumoftheWhiteLightInterfe renceLight 引言对于薄膜厚度的测量目前普遍采用光的干涉法来测量,但是对于干涉条纹的测量却成为比较费时又费力的工作,本实验利用白光的反射谱来测薄膜的厚度, 利用单色仪测量不同波长光的干涉光强度,把对条纹的测量转变为对不同波长干涉光强度的测量,既可以手动也可以利用数据采集系统自动采集和处理数据, 使操作和测量更加简洁方便. 实验系统由单色仪,白光光源,电子放大与显示, 操作系统,接收器件,A/D转换单元,计算机等组成. 仪器有两路出射分别用硅光电池与CCD接收.从光栅单色仪出射的光经光电池进行光/电变换,放大或经 CCD后由计算机及数据采集卡进行数据采集与数据处理.处理结果可以以图形文件和数据文件两种方式保存,方便打印或平滑处理. CCD器件:TCD1208UD型,共2124个PN结组成的光敏元阵列,其中前64个和后12个用于暗电流检测,2048个曝光像敏元.每像元面积为14X14pm, 总长为28.672mm. 步进电机驱动器:由计算机控制驱动光栅转动 1实验原理当一束白光垂直入射到一定厚度的薄膜上时,假设薄膜的上下表面接触的都是空气,则<>,,光入射到介质0,l之间时,一部分光发生反射强度为I 一部分发生折射透过界面射入介质1中,当传输到介收稿日期:2008-01-22 作者简介:刘滢滢(19z6-),工程师,光学物理专业硕士毕业,从事大学普通物理实验教学和研究工作质1,2表面时又有一部分发生反射记为I.:,一部分发生折射透过薄膜射出去;其中的I.又会在介质1,0面发生反射和折射,折生反射后的干涉光由六个均匀排列在入射光纤周围的光纤接受并传输到单色仪的入射狭缝处,入射和接受光纤分布如图1所示. I们 I120 10n0 jhn【Il, 图1实验原理搜蓦搜表氲准化与计酬q- ———————面丽??一干涉光经单色仪后变成单色光从出射狭缝射出, 用硅光电池接收再经微电流放大作为最后的输出,这样就得到干涉光强与波长的对应关系,作图找到峰值位置,就可求出膜厚h,用数据采集系统采集到的数据如图2所示. 图2用数据采集系统采集到的数据若相邻两个峰值对应的波长分别为,,假设 <,为常数,则有 h=(2』}+1)九2【(』}一1)+1)】九一=一 4142 j:!?j:! 2(九一九)2(九一九) 2实验仪器实验装置如图3所示. 网I.............一_J 薄膜图3实验装置示意图白光点光源: 作为膜厚测量光源,采用连续谱白光光源. 白光反射谱光路: 白光点光源发出的白光,经过激发光纤,由透镜聚焦成直径0.1mm左右的光点,照射到样品上,反射光谱经过聚焦,由接收光纤进入光谱仪. 光谱仪: 通过单色仪获得光谱,本系统采用WDG-30型光栅单色仪改装,本实验中使用的单色仪为WDM1型光栅单色仪.它的光学系统由三部分组成:入射狭缝S, 和准直球面反射镜M,构成入射准直系统,以产生平行 46f倥墨倥表赫准化与计量 ———丽广———一光束;反射光栅G(1200条/毫米)构成色散系统,以产生各种波长的单色光;聚焦球面反射镜M,平面反射镜M及出射狭缝S构成出射聚光系统,将光栅分出的单色光会聚在出射狭缝S上. 光电池和微电流放大器: 测量光强,光电流经微电流放大器后由数字表直接显示读数. CCD: 光谱采集,采用高灵敏度2048像素线阵CCD,实现一次完成整个光谱的采集. 计算机及控制系统: 包括计算机主机,接口卡等. 系统软件: 状态监视,扫描显示,在线信号处理,数据分析等. 3实验结果 (I)单色仪的调节和波长示值的校准: 利用汞灯作光源校准单色仪波长示值.校准时, 将单色仪的波长读数装置转到示值在577.0-579.1nm 之间的某一位置.将汞灯放在入射狭缝前,狭缝SS, 的宽度暂时调至约2mm.用眼睛迎着出射光方向观察 S,上汞的黄色谱线(577.OnmT~579.1nm),用显微镜对准出射狭缝,关小入射狭缝使两条谱线分开且直至谱线达到最细.关小出射狭缝,同时微动手轮,使其中一条谱线始终在出射狭缝中间,使狭缝与谱线同宽,读出此时单色仪的示值.转动手轮K读下一条谱线.测完汞灯谱线,检查测量值与标准值(435.8rim,546.1nm, 557.Onm,579.1nm)之差,即仪器系统偏差.对于一台合格的单色仪,要求此项偏差?1.Ohm. (2)数据测量手动: 定性观察薄膜干涉光的不同波长分量的强度分布情况,确定吸收峰的大致波长位置.然后进行正式测量.每隔lnm测一次,在峰值附近测量点应更密一些. 测量范围610.0-508.Onm. 自动: 线阵CCD,实现一次完成整个光谱的采集. 数据处理: 根据测量数据做出光强与波长的对应曲线,从曲线上读出峰值,从而求薄膜的厚度. 4结论通过对本实验的改进学生可以在了解实验基本原理的情况下,更多的时间放在调节光路上,较快的得到实验数据,进行数据结果分析和讨论,省去不必要的体力操作,提高实验效率.口

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