[发明专利]用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属薄膜厚度的测量装置，特别是涉及一种用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置。 

背景技术

目前常用的检测薄膜厚度的方法主要有：干涉测量法、高精密显微镜测量法、椭圆偏振法、探针测量法、电容测微法、X射线衍射法等。测量纳米级金属薄膜厚度的主要方法则主要是高精密显微镜测量法和探针测量法等。其中，高精密显微镜测量法主要是利用扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）通过测量膜基台阶高度或者截断薄膜样品测量横断面的方法来确定金属薄膜的厚度；探针测量法则是利用台阶仪对金属薄膜样品表面进行接触式扫描，由此获得膜基台阶的高度信息从而确定金属薄膜的厚度。但高精密显微镜结构复杂、价格昂贵、不易操作，台阶仪的接触式测量会对薄膜样品造成损伤，破坏了样品的完整性。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、便于操作且测量精度较高的非接触式测量纳米级金属薄膜厚度的装置。 

本发明所采用的技术方案是：一种用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置，包括放置于同一光轴上的激光器、准直透镜和第一偏振片，棱镜型SPR传感器，平面反射镜，干涉系统，放置于同一光轴上的第二偏振片和CCD镜头，计算机10；所述激光器发出的激光经过所述准直透镜和所述第一偏振片后入射到所述棱镜型SPR传感器，反射光经所述平面反射镜反射到所述干涉系统后，经过所述第二偏振片由所述CCD镜头接收干涉图像， 再由所述计算机记录获得的干涉图像。 

另外，所述棱镜型SPR传感器选用直角三棱镜，在所述直角三棱镜斜边面设置有金属镀膜区和非镀膜区，形成膜基台阶。 

另外，所述直角三棱镜的材质为BK7玻璃。 

另外，所述棱镜型SPR传感器设置在底部带有XYZ三维平移导轨的转角平台上。 

另外，所述激光器采用输出波长为632.8nm的氦氖激光器。 

另外，金属薄膜为金、银、铝或铂。 

本发明的有益效果是：装置结构简单、便于操作，采用基于激光干涉的SPR相位调制方法，且在测量过程中采用同一光路对棱镜型SPR传感器的镀膜区域和非镀膜区域进行测量，抑制了由光路引入的误差，因此具备较高的测量精度。 

附图说明

图1是本发明的用于测量纳米级金属薄膜厚度的SPR相位测量装置示意图， 

图2是本发明的棱镜型SPR传感器放置在转角平台上的示意图， 

图3是本发明的转角平台固定在XYZ三维平移导轨上的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明： 

表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）效应是一种特殊的物理光学现象。利用光波在介质与金属交界面上发生全反射时所产生的倏逝波，可以引发金属表面自由电子的集体振荡，从而形成表面等离子体波（Surface Plasmon Wave，SPW），它的磁场矢量方向平行于介质与金属的交界面，磁场强度在交界面处达到最大值且在两种介质中呈现指数型衰减趋 势，当入射光波矢等于表面等离子体波波矢时，即可激发SPR效应。目前，基于SPR技术建立的棱镜型和光纤型SPR传感器的应用领域主要集中在化学和生命科学方面，最主要的用途是测量溶液折射率，还可以进一步测量一些物质的结构、特性及其相互作用等。在利用棱镜型SPR传感器测量溶液折射率的应用中发现，SPR传感器所镀金属薄膜的厚度对反射光的反射率和相位变化有直接影响，受此启发，本发明是基于SPR相位调制方法的检测系统和装置，用以测量金属薄膜的厚度，以此为测量纳米级金属薄膜厚度提供一种新的途径。