薄膜作為改善器件性能的重要途徑，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光學(xué) 、電子 、醫(yī)療、能源、建材等技術(shù)領(lǐng)域。受薄膜制備工藝及生產(chǎn)環(huán)境影響，成品薄膜存在厚度分布不均、表面粗糙度大等問題，導(dǎo)致其光學(xué)及物理性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響成品的性能及應(yīng)用。隨著薄膜生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，準(zhǔn)確測(cè)量和科學(xué)評(píng)價(jià)薄膜特性作為研究熱點(diǎn)，也引起產(chǎn)業(yè)界的高度重視。厚度作為關(guān)鍵指標(biāo)直接影響薄膜工作特性，合理監(jiān)控薄膜厚度對(duì)于及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)、降低加工成本、提高生產(chǎn)效率及企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等具有重要作用和深遠(yuǎn)意義。然而，對(duì)于市場(chǎng)份額占比大的微米級(jí)工業(yè)薄膜，除要求測(cè)量系統(tǒng)不僅具有百納米級(jí)的測(cè)量精度之外，還要求具備體積小、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的在線檢測(cè)需求。目前光學(xué)薄膜測(cè)厚方法仍無法兼顧高精度、輕小體積，以及合理的系統(tǒng)成本，而具備納米級(jí)測(cè)量分辨力的商用薄膜測(cè)厚儀器往往價(jià)格昂貴、體積較大，且無法響應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線測(cè)量需求?；谝陨戏治觯菊n題提出基于反射光譜原理的高精度工業(yè)薄膜厚度測(cè)量解決方案，研制小型化、低成本的薄膜厚度測(cè)量系統(tǒng)，并提出無需標(biāo)定樣品的高效穩(wěn)定的膜厚計(jì)算算法。研發(fā)的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)工業(yè)薄膜的厚度測(cè)量。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以在不同環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。蘇州膜厚儀原理
針對(duì)微米級(jí)工業(yè)薄膜厚度測(cè)量，開發(fā)了一種基于寬光譜干涉的反射式法測(cè)量方法，并研制了適用于工業(yè)應(yīng)用的小型薄膜厚度測(cè)量系統(tǒng)，考慮了成本、穩(wěn)定性、體積等因素要求。該系統(tǒng)結(jié)合了薄膜干涉和光譜共聚焦原理，采用波長(zhǎng)分辨下的薄膜反射干涉光譜模型，利用經(jīng)典模態(tài)分解和非均勻傅里葉變換的思想，提出了一種基于相位功率譜分析的膜厚解算算法。該算法能夠有效利用全光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確提取相位變化，抗干擾能力強(qiáng)，能夠排除環(huán)境噪聲等假頻干擾。經(jīng)過對(duì)PVC標(biāo)準(zhǔn)厚度片、PCB板芯片膜層及鍺基SiO2膜層的測(cè)量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該測(cè)厚系統(tǒng)具有1~75微米厚度的測(cè)量量程和微米級(jí)的測(cè)量不確定度，而且無需對(duì)焦，可以在10ms內(nèi)完成單次測(cè)量，滿足工業(yè)級(jí)測(cè)量需要的高效便捷的應(yīng)用要求。微米級(jí)膜厚儀推薦廠家操作需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。
白光干涉頻域解調(diào)顧名思義是在頻域分析解調(diào)信號(hào) ，測(cè)量裝置與時(shí)域解調(diào)裝置幾乎相同，只需把光強(qiáng)測(cè)量裝置換為光譜儀或者是CCD ，接收到的信號(hào)是光強(qiáng)隨著光波長(zhǎng)的分布。由于時(shí)域解調(diào)中接收到的信號(hào)是一定范圍內(nèi)所有波長(zhǎng)的光強(qiáng)疊加，因此將頻譜信號(hào)中各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)疊加，即可得到與它對(duì)應(yīng)的時(shí)域接收信號(hào)。由此可見，頻域的白光干涉條紋不僅包含了時(shí)域白光干涉條紋的所有信息，還包含了時(shí)域干涉條紋中沒有的波長(zhǎng)信息。在頻域干涉中，當(dāng)兩束相干光的光程差遠(yuǎn)大于光源的相干長(zhǎng)度時(shí)，仍可以在光譜儀上觀察到頻域干涉條紋。這是由于光譜儀內(nèi)部的光柵具有分光作用，能夠?qū)捵V光變成窄帶光譜，從而增加了光譜的相干長(zhǎng)度。這一解調(diào)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中沒有使用機(jī)械掃描部件，從而在測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性上得到很大的提高。常見的頻域解調(diào)方法有峰峰值檢測(cè)法、傅里葉解調(diào)法以及傅里葉變換白光干涉解調(diào)法等。
薄膜干涉原理根據(jù)薄膜干涉原理…，當(dāng)波長(zhǎng)為^的單色光以人射角f從折射率為n．的介質(zhì)入射到折射率為n：、厚度為e的介質(zhì)膜面(見圖1)時(shí)，干涉明、暗紋條件為：
2e(n22一n12sin2i)1/2＋δ’=kλ，k=1,2,3,4,5...(1)
2e(n22一n12sin2i)1/2＋δ’=（2k＋1）λ/2，k=0，1,2,3,4...（2）
E式中k為干涉條紋級(jí)次；δ’為半波損失．
普通物理教材中討論薄膜干涉問題時(shí)，均近似地認(rèn)為，δ’是指入射光波在光疏介質(zhì)中前進(jìn)，遇到光密介質(zhì)i的界面時(shí)，在不超過臨界角的條件下，不論人射角的大小如何，在反射過程中都將產(chǎn)生半個(gè)波長(zhǎng)的損失(嚴(yán)格地說， 只在掠射和正射情況下反射光的振動(dòng)方向與入射光的振動(dòng)方向才幾乎相反)，故δ’是否存在決定于n1,n2,n3大小的比較。當(dāng)膜厚e一定，而入射角j可變時(shí)，干涉條紋級(jí)次^隨f而變，即同樣的人射角‘對(duì)應(yīng)同一級(jí)明紋(或暗紋)，叫等傾干涉，如以不同的入射角入射到平板介質(zhì)上．當(dāng)入射角￡一定，而膜厚?？勺儠r(shí)，干涉條紋級(jí)次隨。而變，即同樣的膜厚e對(duì)應(yīng)同一級(jí)明紋(或暗紋)。叫等厚干涉，如劈尖干涉和牛頓環(huán)． 隨著技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，白光干涉膜厚儀的性能和功能將不斷提高和擴(kuò)展 。
自上世紀(jì)60年代開始，西方的工業(yè)生產(chǎn)線廣泛應(yīng)用基于X及β射線、近紅外光源開發(fā)的在線薄膜測(cè)厚系統(tǒng)。隨著質(zhì)檢需求的不斷增長(zhǎng)，20世紀(jì)70年代后，電渦流、超聲波、電磁電容、晶體振蕩等多種膜厚測(cè)量技術(shù)相繼問世。90年代中期，隨著離子輔助、離子束濺射、磁控濺射、凝膠溶膠等新型薄膜制備技術(shù)的出現(xiàn)，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)也不斷更新迭代，以橢圓偏振法和光度法為主導(dǎo)的高精度、低成本、輕便、高速穩(wěn)固的光學(xué)檢測(cè)技術(shù)迅速占領(lǐng)日用電器和工業(yè)生產(chǎn)市場(chǎng)，并發(fā)展出了個(gè)性化定制產(chǎn)品的能力。對(duì)于市場(chǎng)占比較大的微米級(jí)薄膜，除了要求測(cè)量系統(tǒng)具有百納米級(jí)的測(cè)量準(zhǔn)確度和分辨率之外，還需要在存在不規(guī)則環(huán)境干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)下具備較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力。操作需要一定的專業(yè)素養(yǎng)和經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。原裝膜厚儀制作廠家
標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇和使用對(duì)于保持儀器準(zhǔn)確度至關(guān)重要。蘇州膜厚儀原理
極值法求解過程計(jì)算簡(jiǎn)單，速度快，同時(shí)能確定薄膜的多個(gè)光學(xué)常數(shù)并解決多值性問題，測(cè)試范圍廣，但沒有考慮薄膜均勻性和基底色散的因素，因此精度不夠高。此外，由于受曲線擬合精度的限制，該方法對(duì)膜厚的測(cè)量范圍有要求，通常用于測(cè)量薄膜厚度大于200納米且小于10微米的情況，以確保光譜信號(hào)中的干涉波峰數(shù)適當(dāng)。全光譜擬合法是基于客觀條件或基本常識(shí)來設(shè)置每個(gè)擬合參數(shù)上限、下限，并為該區(qū)域的薄膜生成一組或多組光學(xué)參數(shù)及厚度的初始值，引入適合的色散模型，再通過麥克斯韋方程組的推導(dǎo)得到結(jié)果。該方法能判斷預(yù)設(shè)的初始值是否為要測(cè)量的薄膜參數(shù)，建立評(píng)價(jià)函數(shù)來計(jì)算透過率/反射率與實(shí)際值之間的偏差。只有當(dāng)計(jì)算出的透過率/反射率與實(shí)際值之間的偏差很小時(shí)，我們才能認(rèn)為預(yù)設(shè)的初始值就是要測(cè)量的薄膜參數(shù)。蘇州膜厚儀原理