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基于椭偏光谱和光杠杆法的薄膜厚度及曲率测量系统设计

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光通信技术 2024年

作者：孙伟金尚忠张殷孙紫娟徐胜中国计量大学光学与电子科技学院苏州岚创科技有限公司

DWDM技术中被广泛使用的窄带滤光片在工艺调试中，需要对单层薄膜的膜厚、厚度分布及薄膜残余应力等表征薄膜制备是否满足设计要求的参数进行测量，针对目前需采用多个系统测量的复杂性及重复定位引入系统误差的问题。本文在椭偏的基础... 详细信息

DWDM技术中被广泛使用的窄带滤光片在工艺调试中，需要对单层薄膜的膜厚、厚度分布及薄膜残余应力等表征薄膜制备是否满足设计要求的参数进行测量，针对目前需采用多个系统测量的复杂性及重复定位引入系统误差的问题。本文在椭偏的基础上引入光谱和光杠杆法，在单个设备上实现了精确的多参数测量。与RC2型椭偏仪和ZYGO激光干涉仪进行对比测试，实验表明薄膜厚度的测量偏差小于0.21%，厚度分布测量偏差值小于0.06%，曲率和残余应力的测量偏差均在±1°以内。测量系统能够满足对薄膜多个参数测量需求。

关键词：光学检测椭偏光谱光杠杆法基片曲率法残余应力

CsPbIxBr（3-x）钙钛矿电池中薄膜的椭偏光谱研究

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CsPbIxBr（3-x）钙钛矿电池中薄膜的椭偏光谱研究

作者：王梦茹曲阜师范大学

学位级别：硕士

全无机铯铅卤钙钛矿CsPbIBr因其较好的热稳定性和光电性能在太阳能电池、发光二极管、光电探测器等其他光电器件领域具有潜在的应用价值。但是当前关于CsPbIBr薄膜的研究热点主要集中在制备方法、制备参数的优化等方面,对其光学性质的... 详细信息

全无机铯铅卤钙钛矿CsPbIBr因其较好的热稳定性和光电性能在太阳能电池、发光二极管、光电探测器等其他光电器件领域具有潜在的应用价值。但是当前关于CsPbIBr薄膜的研究热点主要集中在制备方法、制备参数的优化等方面,对其光学性质的研究相对较少。而薄膜的复光学常数可以用于模拟由于反射、非活性层的吸收等造成的光损耗以及器件的外部量子效率,进而优化光电子器件结构设计,最大限度地提高外耦合效率,提升器件性能;此外,通过复光学常数还可以了解带间跃迁,进一步分析材料中的载流子动力学。椭圆偏振光谱技术作为一种快速、无损的光谱分析技术,可以获取材料的复光学常数、厚度、组分含量、孔隙率等信息,但CsPbIBr薄膜中复杂的相偏析、含空隙的界面、多子层的结构等因素对CsPbIBr薄膜椭偏光谱的分析提出了挑战。本论文以椭偏光谱分析法为基础,结合其他辅助测量手段,对全无机铯铅卤钙钛矿电池中的电子传输层和光吸收层的孔隙率、厚度、光学常数、介电常数等进行了分析,内容概括如下:（1）基于不同色散模型的电子传输层TiO薄膜的椭偏光谱分析。椭偏分析法是通过建立适当的结构模型,选择合适的色散模型进行拟合分析的。对比研究了Cauchy Absorbent、Sellmeier Absorbent等五种常用色散模型对TiO薄膜椭偏光谱的拟合分析,并利用斜入射下的反射谱对各模型的拟合结果进行验证。结果表明New-Amorphous、Tauc-Lorentz、Adachi-New Forouhi模型均适用于溶胶-凝胶法TiO薄膜在整个测试波段上的椭偏光谱拟合,Cauchy Absorbent、Sellmeier Absorbent模型适用波段较窄,在短波段拟合效果较差。（2）钙钛矿太阳能电池中光吸收层CsPbIBr薄膜的椭偏光谱分析。利用一步溶液沉积法制备了CsPbIBr薄膜,用多角度椭偏分析法对薄膜进行测试及分析,建立了上界面层/钙钛矿主层/SiO天然氧化层/Si基底的光学结构模型,采用Tauc-Lorentz五振子色散模型对CsPbIBr薄膜的介电常数进行拟合。拟合结果显示薄膜上界面层的孔隙率为4%,CsPbIBr带隙的拟合结果为1.89 e V。进一步对椭偏光谱拟合分析得到的CsPbIBr的介电常数进行了二阶导数分析,结果显示在2.05 e V、2.8 e V和3.5 e V处存在明显的光电跃迁峰,其中2.05 e V处较为锐利的光电跃迁曲线对应于激子线型的跃迁。（3）钙钛矿太阳能电池中光吸收层CsPbIBr薄膜复光学常数及相偏析的椭偏光谱分析。利用一步溶液沉积法得到了CsPbIBr薄膜,在PL表征的结果中发现薄膜存在相偏析现象。基于椭偏光谱分析方法对薄膜的复光学常数及相偏析进行了深入分析。拟合结果显示薄膜分为三个子层,上界面相偏析层富碘相占比为28.1%,孔隙率为18.6%;下界面相偏析层富碘相占比为38.1%,富溴相占比为23.4%;钙钛矿主层富碘相和富溴相占比分别为18.7%和4.2%。拟合得到的CsPbIBr薄膜的带隙为2.07 e V,进一步的介电常数二阶导数谱分析结果显示在2.15 e V、2.9 e V和3.8 e V处存在明显的光电跃迁峰,其中2.15 e V处较为锐利的光电跃迁曲线对应于激子线型的跃迁。最后通过椭偏光谱拟合数据反演得到的反射光谱与实验测得的斜反射光谱比较,发现二者峰的位置、曲线趋势大致吻合。

关键词：椭偏光谱光学性质色散模型钙钛矿薄膜相偏析

Ba_xSr_((1-x))TiO_3多层膜椭偏光谱研究

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红外与毫米波学报 2003年第1期22卷 13-17页

作者：张曰理莫党 S.U.Adikary C.L.Mak H.L.W.Chen C.L.Choy 中山大学光电材料与技术国家重点实验室物理系广东广州510275 香港理工大学

用溶胶凝胶技术在Si(10 0 )衬底上制备了单层和渐变型多层的BaxSr(1-x) TiO3 薄膜 ,其膜层组分分别为 :Ba0 .7Sr0 .3TiO3,Ba0 .8Sr0 .2 TiO3,Ba0 .9Sr0 .1TiO3,BaTiO3.对生长制备出的多层BaxSr(1-x) TiO3 薄膜进行了变角度椭偏光谱测... 详细信息

用溶胶凝胶技术在Si(10 0 )衬底上制备了单层和渐变型多层的BaxSr(1-x) TiO3 薄膜 ,其膜层组分分别为 :Ba0 .7Sr0 .3TiO3,Ba0 .8Sr0 .2 TiO3,Ba0 .9Sr0 .1TiO3,BaTiO3.对生长制备出的多层BaxSr(1-x) TiO3 薄膜进行了变角度椭偏光谱测量 .通过椭偏光谱解谱分析研究 ,首次得到了BaxSr(1-x) TiO3 多层膜结构不同膜层的膜厚和光学常数 .其结果显示 :椭偏光谱分析得到的不同膜层的膜厚与卢瑟福背向散射测量得到的结果基本相符 ;渐变型多层膜中BaTiO3薄膜的折射率比单层BaTiO3 薄膜折射率大许多 ,与体BaTiO3 的折射率相接近 ,这说明渐变型多层膜中BaTiO3 薄膜的光学性质与体材料的光学性质接近 .

关键词： BaxSr(1-X)TiO3 多层膜椭偏光谱光学常数钛酸锶钡光学性质

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铌酸锶钡薄膜制备及椭偏光谱研究

功能材料 2004年第z1期35卷 178-180页

作者：王正张曰理郭扬铭莫党中山大学光电材料与技术国家重点实验室物理系广东广州510275 中山大学光电材料与技术国家重点实验室物理系广东广州510275 中山大学光电材料与技术国家重点实验室物理系广东广州510275 中山大学光电材料与技术国家重点实验室物理系广东广州510275

用溶胶-凝胶法成功地制备出了退火温度分别为500、600、700、800、900℃的铌酸锶钡(SBN)薄膜;对制备出SBN薄膜分别进行了椭偏光谱测量研究,得到了不同退火SBN薄膜椭偏光谱参数曲线;并对测得的椭偏光谱进行了数值反演计算,得到了不同退... 详细信息

用溶胶-凝胶法成功地制备出了退火温度分别为500、600、700、800、900℃的铌酸锶钡(SBN)薄膜;对制备出SBN薄膜分别进行了椭偏光谱测量研究,得到了不同退火SBN薄膜椭偏光谱参数曲线;并对测得的椭偏光谱进行了数值反演计算,得到了不同退火温度的SBN薄膜的光学常数谱.结果发现SBN薄膜的折射率和消光系数都随着退火温度的增高而增大.

关键词： SBN薄膜溶胶-凝胶法椭偏光谱

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各向异性择优取向薄膜的椭偏光谱术理论

中山大学学报（自然科学版） 2004年第6期43卷 85-88页

作者：刘毅莫党张曰理何振辉中山大学光电材料与技术国家重点实验室

推导出一组具有特殊择优取向的各向异性薄膜的椭偏公式,并以光轴沿着薄膜表面及光轴垂直薄膜表面的各向异性薄膜为例,分别在透明和吸收波段进行模拟计算,得到了椭偏谱的基本特征。

关键词：椭偏光谱薄膜各向异性

ZnSe/SiO_2薄膜光学常数的椭偏光谱测量

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压电与声光 2006年第3期28卷 353-356页

作者：姜海青姚熹车俊汪敏强西安交通大学电子材料研究所教育部重点实验室陕西西安710049

采用溶胶-凝胶工艺与原位生长技术,制备了ZnSe/SiO2复合薄膜。X-射线衍射(XRD)分析表明,ZnSe/SiO2复合薄膜中ZnSe晶体为闪锌矿(立方ZnS)。利用椭偏光谱仪测量了不同ZnSe含量的ZnSe/SiO2复合薄膜的椭偏参数Δ与波长λ的色散关系,采用Maxw... 详细信息

采用溶胶-凝胶工艺与原位生长技术,制备了ZnSe/SiO2复合薄膜。X-射线衍射(XRD)分析表明,ZnSe/SiO2复合薄膜中ZnSe晶体为闪锌矿(立方ZnS)。利用椭偏光谱仪测量了不同ZnSe含量的ZnSe/SiO2复合薄膜的椭偏参数Δ与波长λ的色散关系,采用Maxwell-Garnett(MG)有效介质理论对薄膜的光学常数、厚度、气孔率、ZnSe的浓度进行了计算。结果表明,单层ZnSe/SiO2薄膜厚度在300 nm以上时,随着溶胶体系Zn2+、SeO42-浓度的增加而增大,气孔率在30%左右,ZnSe含量约为溶胶体系中Zn2+、SeO42-浓度的1/2;通过MG有效介质理论的计算表明,可以通过调整旋涂次数及Zn2+、SeO42-浓度来调整薄膜的厚度和ZnSe/SiO2的摩尔比率,可在工艺上控制ZnSe/SiO2复合薄膜光学参数。

关键词： ZnSe/SiO2复合薄膜椭偏光谱光学常数有效介质理论

Ba_(0.9)Sr_(0.1)TiO_3薄膜的椭偏光谱研究

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无机材料学报 2001年第2期16卷 305-310页

作者：阳生红李辉遒张曰理莫党田虎永罗维根蒲兴华丁爱丽中山大学物理系广州510275 中国科学院上海硅酸盐研究所无机功能开放实验室上海200050

用椭偏光谱仪首次在光子能量为２．１～５．２ｅＶ的范围内，测量了不同热处理温度下Ｂａ０．９Ｓｒ０．１ＴｉＯ３（ＢＳＴ）薄膜的椭偏光谱，建立适当的拟合模型，并用Ｃａｕｃｈｙ色散模型描述ＢＳＴ薄膜的光学性质，用最优化法获得... 详细信息

用椭偏光谱仪首次在光子能量为２．１～５．２ｅＶ的范围内，测量了不同热处理温度下Ｂａ０．９Ｓｒ０．１ＴｉＯ３（ＢＳＴ）薄膜的椭偏光谱，建立适当的拟合模型，并用Ｃａｕｃｈｙ色散模型描述ＢＳＴ薄膜的光学性质，用最优化法获得了所有样品的光学常数（折射率η和消光系数κ）谱及禁带能Ｅｇ．比较这些结果，初步得到了ＢＳＴ薄膜的折射率η、消光系数κ和禁带能Ｅｇ随退火温度变化的变化规律．

关键词：椭偏光谱光学常数谱 BST薄膜陶瓷薄膜光学性质

不同制备工艺下氧化硅和氧化铪薄膜的椭偏光谱

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红外与激光工程 2012年第3期41卷 765-769页

作者：吴倩陈松林马平成都精密光学工程研究中心四川成都610000

椭偏技术是一种分析表面的光学方法,通过测量被测对象(样品)反射出的光线的偏振状态的变化情况来研究被测物质的性质。结合XRD和原子力显微镜等方法,利用椭圆偏振光谱仪测试了单层SiO2薄膜(K9基片)和单层HfO2薄膜(K9基片)的椭偏参数,并... 详细信息

椭偏技术是一种分析表面的光学方法,通过测量被测对象(样品)反射出的光线的偏振状态的变化情况来研究被测物质的性质。结合XRD和原子力显微镜等方法,利用椭圆偏振光谱仪测试了单层SiO2薄膜(K9基片)和单层HfO2薄膜(K9基片)的椭偏参数,并用Sellmeier模型和Cauchy模型对两种薄膜进行拟合,获得了SiO2薄膜和HfO2薄膜在300～800 nm波段内的色散关系。用X射线衍射仪确定薄膜结构,用原子力显微镜观察薄膜的微观形貌,分析表明:SiO2薄膜晶相结构呈现无定型结构,HfO2薄膜的晶相结构呈现单斜相结构;薄膜光学常数的大小和薄膜的表面形貌有关;Sellmeier和Cauchy模型较好地描述了该波段内薄膜的光学性能,并得到薄膜的折射率和消光系数等光学常数随波长的变化规律。

关键词：椭偏光谱光学参数薄膜光谱

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功能碳薄膜化学键成分的椭偏光谱研究

功能材料 2003年第5期34卷 582-584页

作者：莫党李芳陈第虎郭扬铭魏爱香中山大学理工学院光电材料与技术国家重点实验室广东广州510275 中国科学院上海微系统与信息技术研究所离子束重点实验室

　用磁过滤真空离子溅射系统,改变加在单晶Si(100)衬底上的衬底偏压,制备不同sp3C键与sp2C键比例的碳薄膜样品。测量了2.0～5.0eV光子能量范围内各个碳薄膜样品的椭偏光谱。发现该谱与碳薄膜中的sp键比例有明显的关系。我们提出一种较... 详细信息

　用磁过滤真空离子溅射系统,改变加在单晶Si(100)衬底上的衬底偏压,制备不同sp3C键与sp2C键比例的碳薄膜样品。测量了2.0～5.0eV光子能量范围内各个碳薄膜样品的椭偏光谱。发现该谱与碳薄膜中的sp键比例有明显的关系。我们提出一种较简便的分析解谱方法,分析所测得的各个椭偏光谱,半定量地确定各碳薄膜样品的sp3C键与sp2C键比例。所得结果还与同类样品的拉曼光谱与吸收光谱测量结果相比较,结果基本上是一致的。研究结果表明椭偏光谱方法可以发展成一种较简便的、对样品无损伤的测定功能碳薄膜中的sp3C键成分的新方法。

关键词：功能碳薄膜化学键椭偏光谱四配位非晶碳拉曼光谱吸收光谱