[发明专利]一种SiO2薄膜红外特征吸收峰分峰数量确定方法

说明书

技术领域

本发明属于光学薄膜低折射技术领域，具体涉及一种SiO₂薄膜红外特征吸收峰数量确定方法。

背景技术

SiO₂薄膜是重要的光学薄膜低折射率材料之一，具有宽透明区(0.15μm～8μm)、低折射率、硬度高、热膨胀系数低、电绝缘性、耐摩擦、耐酸碱、抗腐蚀等优点，广泛应用于从紫外到中红外波段光学薄膜领域，如高反膜、减反膜、介质膜、波长分束器、带通滤光片、偏振片等。SiO₂薄膜制备方法有电子束蒸发、离子辅助、离子束溅射、磁控溅射、溶胶-凝胶、原子层沉积等，不同的成膜方式其特性具有较大的差别。

评价SiO₂薄膜结构的方法有X射线衍射法(XRD)、X射线光电子能谱法(XPS)、扫描电子显微镜法(SEM或TEM)、原子力显微镜(AFM)、红外光谱(FTIR)等，主要表征薄膜的晶向结构、化学计量、表面/断面结构、表面微结构和[SiO₄]网络连接结构。无定形SiO₂材料是由大量的[SiO₄]四面体构成，这些四面体通过Si-O-Si键随机相互连接构成随机网络玻璃结构。当红外光波与SiO₂材料作用时，Si-O-Si键的简正振动频率与入射光波频率相同时,在红外光谱400cm^-1～1500cm^-1范围内会出现系列的振动吸收峰，可以得到Si-O-Si的键角和短程有序的连接信息，因此基于红外波段介电常数能量损耗函数是表征SiO₂薄膜短程有序微结构是一种常用的方法。

获得SiO₂薄膜红外介电常数的通常方法是先测量薄膜的红外透射光谱，然后使用色散模型对薄膜的红外透射光谱进行拟合。在SiO₂玻璃的红外介电常数研究中，一般采用振子吸收模型描述介电常数在该波段内的色散，在无定形玻璃态非晶材料研究中，高斯振子模型应用获得了精确了介电常数表征，可以将该模型应用于无定形SiO₂薄膜的介电常数研究中在振子模型中，振子数量的确定上依赖于材料的特征吸收峰值。对于SiO₂薄膜材料，在900cm^-1～1500cm^-1之间存在多个相近共振吸收峰的叠加，而且每个吸收峰反应的[SiO₄]四面体单元连接方式不同，因此如何精确确定在该范围内独立吸收峰的数量是拟合计算振子数量的关键。

目前国内外还没有关于固体薄膜材料特征吸收峰叠加成分的精确分解的报道，相关的研究也是通过人为确定吸收峰的成分数量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种SiO₂薄膜红外特征吸收峰数量确定方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种SiO₂薄膜红外特征吸收峰数量确定方法，其包括如下步骤：

步骤S1：首先在硅基底制备薄膜样品，通过加热或者物理减薄的方法，在不改变薄膜介电常数的前提下，获得N个薄膜的样品；

步骤S2：利用红外光谱仪测量N个薄膜样品的红外透过率或红外反射率光谱，测量波长为λ₁、λ₂、……λ_m，扫描步长为Δλ，m＝(λ_m-λ₁)/Δλ，其中，m远大于N；对于红外光透射的样品测量其透过率光谱T₁、T₂、…T_N，而对于红外光不透明的样品则测量其反射率光谱_R；

步骤S3：将测量的光谱矩阵化如下：