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)及物理性能達不到設(shè)計要求，嚴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，準確測量和科學(xué)評價薄膜特性作為研究熱點，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)控薄膜厚度對于及時調(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)競爭力等具有重要作用和深遠意義。然而，對于市場份額占比大的微米級工業(yè)薄膜，除要求測量系統(tǒng)不僅具有百納米級的測量精度之外，還要求具備體積小、穩(wěn)定性好的特點，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的在線檢測需求。目前光學(xué)薄膜測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，而具備納米級測量分辨力的商用薄膜測厚儀器往往價格昂貴、體積較大，且無法響應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的在線測量需求。基于以上分析，本課題提出基于反射光譜原理的高精度工業(yè)薄膜厚度測量解決方案，研制小型化、低成本的薄膜厚度測量系統(tǒng)，并提出無需標(biāo)定樣品的高效穩(wěn)定的膜厚計算算法。研發(fā)的系統(tǒng)可以實現(xiàn)微米級工業(yè)薄膜的厚度測量。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以在不同環(huán)境下進行測量。蘇州膜厚儀原理

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。微米級膜厚儀推薦廠家操作需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)和經(jīng)驗，需要進行充分的培訓(xùn)和實踐。

白光干涉頻域解調(diào)顧名思義是在頻域分析解調(diào)信號 ，測量裝置與時域解調(diào)裝置幾乎相同，只需把光強測量裝置換為光譜儀或者是CCD ，接收到的信號是光強隨著光波長的分布。由于時域解調(diào)中接收到的信號是一定范圍內(nèi)所有波長的光強疊加，因此將頻譜信號中各個波長的光強疊加，即可得到與它對應(yīng)的時域接收信號。由此可見，頻域的白光干涉條紋不僅包含了時域白光干涉條紋的所有信息，還包含了時域干涉條紋中沒有的波長信息。在頻域干涉中，當(dāng)兩束相干光的光程差遠大于光源的相干長度時，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度。這一解調(diào)技術(shù)的優(yōu)點就是在整個測量系統(tǒng)中沒有使用機械掃描部件，從而在測量的穩(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，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為干涉條紋級次；δ’為半波損失．

普通物理教材中討論薄膜干涉問題時，均近似地認為，δ’是指入射光波在光疏介質(zhì)中前進，遇到光密介質(zhì)i的界面時，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)生半個波長的損失(嚴格地說， 只在掠射和正射情況下反射光的振動方向與入射光的振動方向才幾乎相反)，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，干涉條紋級次^隨f而變，即同樣的人射角‘對應(yīng)同一級明紋(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，干涉條紋級次隨。而變，即同樣的膜厚e對應(yīng)同一級明紋(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展 。

自上世紀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)的在線薄膜測厚系統(tǒng)。隨著質(zhì)檢需求的不斷增長，20世紀70年代后，電渦流、超聲波、電磁電容、晶體振蕩等多種膜厚測量技術(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)檢測技術(shù)迅速占領(lǐng)日用電器和工業(yè)生產(chǎn)市場，并發(fā)展出了個性化定制產(chǎn)品的能力。對于市場占比較大的微米級薄膜，除了要求測量系統(tǒng)具有百納米級的測量準確度和分辨率之外，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，需要進行充分的培訓(xùn)和實踐。原裝膜厚儀制作廠家

標(biāo)準樣品的選擇和使用對于保持儀器準確度至關(guān)重要。蘇州膜厚儀原理

極值法求解過程計算簡單，速度快，同時能確定薄膜的多個光學(xué)常數(shù)并解決多值性問題，測試范圍廣，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，該方法對膜厚的測量范圍有要求，通常用于測量薄膜厚度大于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來設(shè)置每個擬合參數(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量的薄膜參數(shù)，建立評價函數(shù)來計算透過率/反射率與實際值之間的偏差。只有當(dāng)計算出的透過率/反射率與實際值之間的偏差很小時，我們才能認為預(yù)設(shè)的初始值就是要測量的薄膜參數(shù)。蘇州膜厚儀原理