前言：該研究的詳細(xì)情況發(fā)表在《應(yīng)用光學(xué)》2012 年 1 月 10 日號(hào)（總第 51 卷，第二期）上。精確測(cè)定薄膜和多層鍍膜的光學(xué)參數(shù)（使用光學(xué)鍍膜的逆向工程）對(duì)于生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品至關(guān)重要。這些數(shù)據(jù)可以給設(shè)計(jì)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供反饋。對(duì)每一層依次進(jìn)行評(píng)估后得到的逆向工程結(jié)果可以用來(lái)調(diào)整沉積參數(shù)，重校監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，改善對(duì)各層的厚度控制。通常是使用紫外-可見(jiàn)-近紅外 (UV-Vis-NIR) 或傅里葉變換紅外 (FTIR) 分光光度法進(jìn)行光學(xué)表征，對(duì)透明基板上的薄膜樣品垂直入射或接近垂直入射時(shí)的透射率 (T)和/或反射率 (R) 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。然而，基于垂直入射的透射率和反射率測(cè)量的光學(xué)表征以及基于垂直或接近垂直入射的透射率和反射率測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠的逆向工程仍然十分困難。

 

本文中，我們展示了使用配備新的全能型測(cè)量附件 (UMA)的 Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計(jì)，將多角度光譜光度數(shù)據(jù)用于單層薄膜光學(xué)表征和多層光學(xué)鍍膜逆向工程的適用性。表征致密的薄膜、磁控濺射生產(chǎn)的多層膜和電子束(e-beam) 蒸發(fā)薄膜通常是比較困難的。這些數(shù)據(jù)也可以通過(guò) Agilent Cary 7000 全能型分光光度計(jì) (UMS) 采集到。

 

實(shí)驗(yàn)部分樣品研究中，我們測(cè)量了兩組使用兩種不同沉積技術(shù)的實(shí)驗(yàn)樣品：磁控濺射和電子束蒸發(fā)。詳情可參閱參考文獻(xiàn) [1]。儀器• Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計(jì)• 安捷倫全能型測(cè)量附件UMA 是高度自動(dòng)化的可變角度鏡面反射和透射系統(tǒng)，樣品、檢測(cè)器和偏振器位置可*通過(guò)軟件控制。通過(guò)對(duì)入射光多種可控角度（0°–85° %T，5°–85° %R）的透射率 (%T) 和絕對(duì)反射率 (%R) 測(cè)量，它可以準(zhǔn)確、快速和完整地提供樣品的光學(xué)特性。能測(cè)量到照射樣品的線偏振光的透射率。在入射平面上以樣品為圓心移動(dòng)檢測(cè)器組件，可以測(cè)量絕對(duì)反射率。UMA 的這種多模式測(cè)量特性提高了分析效率，并使樣品表征更為精確。UMA 的示意圖如圖 1 所示。

結(jié)果和討論s 偏振光和 p 偏振光在 300–2500 nm 光譜范圍內(nèi)，以 7°、10°、20°、30° 和 40° 的入射角度，對(duì)樣品進(jìn)行了多角度光譜光度測(cè)量。在本研究的所有光學(xué)表征和逆向工程流程中，我們只采用了光譜范圍 330–1100 nm 的測(cè)量數(shù)據(jù)。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)高于 1100 nm 時(shí)，基板吸收明顯，使得對(duì)準(zhǔn)確度的估算變得不可靠。高密度電介質(zhì)薄膜使用了 UMA 來(lái)獲取磁控濺射制備的 Ta2O5 和 SiO2 薄膜的多角度光譜光度數(shù)據(jù)，以對(duì)其進(jìn)行光學(xué)表征。表 1 中給出了各項(xiàng)光學(xué)表征的數(shù)值：在 λ = 600 nm 處測(cè)量了薄膜的厚度和折射率。在不同的入射角、不同偏振態(tài)下測(cè)得的透射率和反射率數(shù)據(jù)具有很好的一致性。表 1 中列出的這兩種材料的厚度和折射率 (n) 平均值的偏差均小于 0.1%。

結(jié)論我們研究了將多角度光譜應(yīng)用到薄膜的光學(xué)表征和多層鍍膜逆向工程上。UMA 作為安捷倫的新型先進(jìn)分光光度附件（安裝在 Agilent Cary 5000 UV-Vis NIR 分光光度計(jì)上），可以提供多角度、s 偏振態(tài)和 p 偏振態(tài)下的反射率和透射率數(shù)據(jù)。驗(yàn)證了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并證實(shí)了從紫外到近紅外的寬光譜范圍內(nèi)，在入射角最高達(dá)到 40° 的情況下，所有的測(cè)量數(shù)據(jù)均具有很好的準(zhǔn)確性。與傳統(tǒng)的光譜分析相比，多角度光譜光度測(cè)定為研究人員提供了更多的實(shí)驗(yàn)信息。我們的研究表明，新的 UMA 分光光度計(jì)附件可以為各種光學(xué)鍍層的表征及逆向工程問(wèn)題的解決提供實(shí)驗(yàn)信息。