針對微米級工業(yè)薄膜厚度測量，開發(fā)了一種基于寬光譜干涉的反射式法測量方法，并研制了適用于工業(yè)應(yīng)用的小型薄膜厚度測量系統(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，能夠排除環(huán)境噪聲等假頻干擾。經(jīng)過對PVC標(biāo)準(zhǔn)厚度片、PCB板芯片膜層及鍺基SiO2膜層的測量實驗驗證，結(jié)果表明該測厚系統(tǒng)具有1~75微米厚度的測量量程和微米級的測量不確定度，而且無需對焦，可以在10ms內(nèi)完成單次測量，滿足工業(yè)級測量需要的高效便捷的應(yīng)用要求。操作需要一定的專業(yè)技能和經(jīng)驗，需要進行充分的培訓(xùn)和實踐。品牌膜厚儀廠家現(xiàn)貨
論文主要以半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料為對象 ，研究了白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法實現(xiàn)納米級薄膜厚度準(zhǔn)確測量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所適用的測量方法也不同。半導(dǎo)體鍺膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特點，選擇采用白光干涉的測量方法；而厚度更薄的金膜的折射率為復(fù)數(shù)，且能激發(fā)的表面等離子體效應(yīng)，因而可借助基于表面等離子體共振的測量方法；為了進一步改善測量的精度，論文還研究了外差干涉測量法，通過引入高精度的相位解調(diào)手段，檢測P光與S光之間的相位差提升厚度測量的精度。膜厚儀按需定制白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實現(xiàn)對薄膜的在線檢測和控制。
微納制造技術(shù)的發(fā)展推動著檢測技術(shù)向微納領(lǐng)域進軍 ，微結(jié)構(gòu)和薄膜結(jié)構(gòu)作為微納器件中的重要組成部分，在半導(dǎo)體、航天航空、醫(yī)學(xué)、現(xiàn)代制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，由于其微小和精細的特征，傳統(tǒng)檢測方法不能滿足要求。白光干涉法具有非接觸、無損傷、高精度等特點，被廣泛應(yīng)用在微納檢測領(lǐng)域，另外光譜測量具有高效率、測量速度快的優(yōu)點。因此，本文提出了白光干涉光譜測量方法并搭建了測量系統(tǒng)。和傳統(tǒng)白光掃描干涉方法相比，其特點是具有較強的環(huán)境噪聲抵御能力，并且測量速度較快。
由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對系統(tǒng)的測量量程和精度的需求不盡相同，因而多種測量方法各有優(yōu)劣，難以一概而論。，按照薄膜厚度的增加，適用的測量方式分別為分光光度法、橢圓偏振法、共聚焦法和干涉法。對于小于1μm的較薄薄膜，白光干涉輪廓儀的測量精度較低，分光光度法和橢圓偏振法較適合。而對于小于200nm的薄膜，由于透過率曲線缺少峰谷值，橢圓偏振法結(jié)果更加可靠。基于白光干涉原理的光學(xué)薄膜厚度測量方案目前主要集中于測量透明或者半透明薄膜，通過使用不同的解調(diào)技術(shù)處理白光干涉的圖樣，得到待測薄膜厚度。本章在詳細研究白光干涉測量技術(shù)的常用解調(diào)方案、解調(diào)原理及其局限性的基礎(chǔ)上，分析得到了常用的基于兩個相鄰干涉峰的白光干涉解調(diào)方案不適用于極短光程差測量的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，我們提出了基于干涉光譜單峰值波長移動的白光干涉測量解調(diào)技術(shù)。隨著技術(shù)的進步和應(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升和擴展。
為了分析白光反射光譜的測量范圍 ，開展了不同壁厚的靶丸殼層白光反射光譜測量實驗。圖是不同殼層厚度靶丸的白光反射光譜測量曲線，如圖所示，對于殼層厚度30μm的靶丸，其白光反射光譜各譜峰非常密集、干涉級次數(shù)值大；此外，由于靶丸殼層的吸收，壁厚較大的靶丸信號強度相對較弱。隨著靶丸殼層厚度的進一步增加，其白光反射光譜各譜峰將更加密集，難以實現(xiàn)對各干涉譜峰波長的測量。為實現(xiàn)較大厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測量，需采用紅外的寬譜光源和光譜探測器。對于殼層厚度為μm的靶丸，測量的波峰相對較少，容易實現(xiàn)靶丸殼層白光反射光譜譜峰波長的準(zhǔn)確測量；隨著靶丸殼層厚度的進一步減小，兩干涉信號之間的光程差差異非常小，以至于他們的光譜信號中只有一個干涉波峰，基于峰值探測的白光反射光譜方法難以實現(xiàn)其厚度的測量；為實現(xiàn)較小厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測量，可采用紫外的寬譜光源和光譜探測器提升其探測厚度下限。高精度的白光干涉膜厚儀通常采用Michelson干涉儀的結(jié)構(gòu)。防水膜厚儀定做價格
膜厚儀的干涉測量能力較高，可以提供精確和可信的膜層厚度測量結(jié)果。品牌膜厚儀廠家現(xiàn)貨
在對目前常用的白光干涉測量方案進行比較研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個干涉光束的光程差非常小導(dǎo)致干涉光譜只有一個峰時，基于相鄰干涉峰間距的解調(diào)方案不再適用。因此，我們提出了一種基于干涉光譜單峰值波長移動的測量方案，適用于極小光程差。這種方案利用干涉光譜的峰值波長會隨光程差變化而周期性地出現(xiàn)紅移和藍移，當(dāng)光程差在較小范圍內(nèi)變化時，峰值波長的移動與光程差成正比。我們在光纖白光干涉溫度傳感系統(tǒng)上驗證了這一測量方案，并成功測量出光纖端面半導(dǎo)體鍺薄膜的厚度。實驗表明，鍺膜厚度為一定值，與臺階儀測量結(jié)果存在差異是由于薄膜表面本身并不光滑，臺階儀的測量結(jié)果只能作為參考值。誤差主要來自光源的波長漂移和溫度誤差。品牌膜厚儀廠家現(xiàn)貨