[发明专利]一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法

说明书

本发明属于光学测量相关技术领域，其公开了薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法，该测量装置包括集成于一体的椭偏参数测量模块与反射率测量模块，所述椭偏参数测量模块与所述反射率测量模块相对设置，且所述椭偏参数测量模块得到的探测光束与所述反射率测量模块得到的探测光束辐照于待测样品的相同位置，从而实现了待测样品表面同一点的椭偏参数与反射率的同时、原位及在线测量。本发明实现了薄吸收膜光学常数与厚度的有效表征，同时实现了非透明基底上薄吸收膜的光学常数与厚度的原位表征，且结构简单，易于实施。

技术领域

本发明属于光学测量相关技术领域，更具体地，涉及一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法。

背景技术

薄吸收膜如薄金属膜、薄金属氧化物膜、薄聚合物膜等具有广泛的应用价值，例如，采用薄金属膜制备的表面等离激元金属纳米结构，能够增强有机光伏器件中的光捕获能力；利用两层厚度小于10纳米的铁磁性金属层构成的巨磁阻效应结构的表面电阻就依赖于金属层的厚度；薄金属氧化物如ZrO₂薄膜已逐渐应用于金属氧化物半导体电容器或者场效应晶体管制造领域；采用静电逐层自组装技术制备的薄聚苯薄膜具有功能复合、导电性随厚度可调等特点，广泛用作为有机电致变色材料。这些薄吸收膜的使用性能均是随厚度不断改变的，其中也有一些薄吸收膜的使用性能会受其光学属性制约。因此，精确地表征这些薄膜的光学常数和厚度，对合理利用上述薄吸收膜是十分必要的。

典型表征薄吸收膜的方法主要有两种：一种是表征薄吸收膜形貌及厚度的AFM、TEM等，另一种是光谱椭偏测量技术。前一种方法虽然测量过程直观，但其制样过程繁杂，效率低下。后一种方法目前多是表征透明基底上薄吸收膜的厚度与光学常数，难以表征非透明基底上薄吸收膜的属性。

目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利CN1773250A公开了一种改善的椭偏测量超薄膜的方法与装置，通过将探测光束反复导向到待测薄膜表面，使得探测光束能够反复在薄膜层中传播，以累积薄膜膜层引起的相移，从而通过对包含相移的椭偏测量数据进行反演拟合，可提取出此薄膜的膜厚。然而，此方法易因探测光束在薄膜表面光斑位置的微小迁移而引入误差，且反复将探测光束导向到待测超薄膜表面同一点的测量装置比较复杂，难以实现原位及在线测量。此外，该方法由于所依赖的椭偏测量技术过于简单，使得该方法难以表征出待测超薄膜的光学常数。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法，其基于光学常数与厚度成强耦合关系的薄吸收膜的测量需求，研究及设计了一种能够实现原位表征的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法。该测量装置采用集成化的椭偏参数测量模块及反射率测量模块同时测量薄吸收膜的椭偏参数与反射率，然后通过厚度遍历对所测椭偏参数和反射率进行逐波长式的反演拟合，以获取薄吸收膜的厚度；之后，对此薄吸收膜的光学常数进行振子参数化，重新对所测椭偏参数进行反演拟合以得到更准确的光学常数。由此实现了薄吸收膜光学常数与厚度的有效表征，同时实现了非透明基底上薄吸收膜的光学常数与厚度的原位表征。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置，该测量装置包括集成于一体的椭偏参数测量模块与反射率测量模块，所述椭偏参数测量模块与所述反射率测量模块相对设置，且所述椭偏参数测量模块得到的探测光束与所述反射率测量模块得到的探测光束辐照于待测样品的相同位置，从而实现了待测样品表面同一点的椭偏参数与反射率的同时、原位及在线测量；

所述椭偏参数测量模块测量所述待测样品椭偏参数的过程与所述反射率测量模块测量所述待测样品反射率的过程是同步的，从而获取所述待测样品原位的、实时的椭偏参数与反射率。

进一步地，所述椭偏参数测量模块包括第一宽光谱光源、第一准直透镜组、第一偏振片、第一1/4波片及第一中空电机，所述第一宽光谱光源、所述第一准直透镜组、所述第一偏振片及所述第一1/4波片依次间隔设置以形成入射光路，所述第一1/4波片连接于所述第一中空电机。