[发明专利]单面抛光衬底外延薄膜厚度和光学参数的测量方法

摘要

本发明公开了一种单面抛光衬底外延薄膜厚度和光学参数的测量方法，该方法根据衬底外延薄膜结构透射率极大值只与衬底材料有关的特性，对透射谱测得的单面抛光衬底外延薄膜的透射率极值数据T_M测和T_m测进行放缩，并考虑分光光度计光谱宽度对透射率的影响对其进行修正，得到修正后的透射率极值T_M′和T_m′；再由该修正后的透射率极值T_M′和T_m′得到薄膜在透明区和弱吸收区的折射率n₁，并根据透射率极值条件2n₁d＝mλ得出薄膜厚度d₁，取薄膜厚度d₁的算术平均得到薄膜的平均厚度d，由平均厚度d进而得到透射谱范围内的薄膜折射率n以及薄膜的吸收系数α。本方法简单、实用，不仅对测量设备要求较低，而且降低了对衬底材料的要求，可用于对单面抛光衬底外延薄膜厚度及光学参数的测量。

主权项

1.一种单面抛光衬底外延薄膜厚度和光学参数的测量方法，是要得出外延薄膜厚度d、外延薄膜折射率n和外延薄膜吸收系数α，其具体步骤如下：1)对长在单面抛光衬底上的外延薄膜进行透射谱的测量，得到透射谱极值数据TM测和Tm测，以及他们所对应的极值波长λM和λm；2)根据步骤1)的测量结果在透明区和弱吸收区对TM测和Tm测进行拉格朗日插值计算，求得每一个极值波长所对应的两个透射率极值Tm单和Tm单；3)根据式$T_M=\frac{2s}{s^2+1}$ 和已知的衬底材料折射率s，得出每一极值波长所对应的理论透射率极大值TM；4)对步骤1)中得到的透射率极值TM单和Tm单进行放缩，得到放缩后的极值透射率TM 和Tm，该放缩系数为TM/TM单，放缩式为TM＝TM单×TM/TM单和Tm＝Tm单×TM/TM单；5)利用式TM′＝TM和Tm′＝Tm-(Tm×S/wm)2-(TM×S/wM)2对缩放后的率极值TM和Tm进行修正，得到修正后的极值透射率TM′和Tm′，式中两个极值透射率之间的宽度为wM＝λm(i-1)-λm(i+1)和wm＝λM(i-1)-λM(i+1)，S为分光光度计的光谱宽度；6)对修正后的极值透射率Tm′，利用式n1＝[M+(M2-s2)1/2]1/2和式$M=\frac{2s}{T_m^{\prime }}-\frac{s^2+1}{2}$ 得出外延薄膜在透明区和弱吸收区的折射率n1；7)在外延薄膜的透明区和弱吸收区根据1)中测得透射谱的两个相邻极值波长λ1和λ2，利用式$m^{\prime }=\frac{{\lambda }_2}{2({\lambda }_2-{\lambda }_1)}$ 确定透射率极大值所对应的波数m′，式中λ1对应极大值波长，λ2对应极小值波长且λ1＜λ2；并根据相邻极值之间波数相差半整数1/2这一特性推知所有透射率极值所对应的波数m；8)根据得到的波数m和折射率n1，利用透射率极值条件2n1d＝mλ得出透明区和弱吸收区出现透射率极值时对应的薄膜厚度d1，并对该厚度d1进行算术平均得到薄膜的平均厚度d；9)利用透射率极值条件2nd＝mλ和得到的薄膜平均厚度d及波数m，求出透射谱范围内的薄膜的折射率n，同时对薄膜在透明区和弱吸收区的折射率n1进行修正；10)按照式$T=\sqrt{T_M^{\prime }\times T_m^{\prime }}$ 得出(5)中修正后的极值透射率TM′和Tm′的几何平均值，同时利用式α＝-1/dln(1/B{A+[A2+2BT(1-R2R3)]1/2}求得薄膜的吸收系数α，式中：A＝-(1-R1)(1-R2)(1-R3)，B＝2T(R1R2+R1R3-2R1R2R3)R1，R2，R3为空气与薄膜，薄膜与衬底，衬底与空气之间的反射系数，且R1＝[(1-n)/(1+n)]2，R2＝[(n-s)/(n+s)]2，R3＝[(s-1)/(1+s)]2。