图2.3 单层薄膜的反射与透射
根据多光束干涉原理,计算得到薄膜上表面反射光的复振幅为
透射光的复振幅为 (2.15)
相邻两束光由光程差引起的相位差为
则薄膜的反射系数和透射系数可根据以下公式计算得到
由式 (2.17)和 (2.18)可得,薄膜的反射比和透射比分别为
当光垂直入射到薄膜上时,薄膜上表面和下表面的反射系数分别为
和 ,代入到式(2.19)可得垂直入射时薄膜的反射比
对于薄膜,基底材料的折射率 和周围介质材料的折射率 确定,所以薄膜的反射比 是 和 的函数,也即是薄膜折射率和厚度的函数。
3 不同厚度薄膜样品的镀制和测量
3.1 不同厚度薄膜样品的镀制
3.1.1 样品的设计方案
为了研究本课题,设计了一个比对的方案。在多块玻璃基片上分别镀上不同材料的薄膜,每种材料镀制薄、中、厚三种不同厚度的薄膜。同时每一种材料的每一种厚度的样品镀制两片,一片有台阶,为了适用于白光干涉仪和轮廓仪测量,另一片没有台阶,适用于分光光度计和椭偏仪测量。样品如表3.1。
表3.1 不同厚度薄膜样品设计方案
材料 SiO2 TiO2 ZrO2 MgF2
样式 有台阶 无台阶 有台阶 无台阶 有台阶 无台阶 有台阶 无台阶
厚度(薄/nm) 100 100 100 100
厚度(中/nm) 300 300 300 300
厚度(厚/nm) 500 500 500 500
3.1.2 样品的镀制过程
(1)在配电柜中打开镀膜机、冷水机、冷冻机的电闸。开启空气压缩机,将输出气体压强调节到0.6Mpa。开启冷水机电源开关,开启水泵开关,最后打开压缩机开关。开启冷冻机,先打开电源开关,然后按下工作按钮“ON”。开启镀膜机,先打开电源开关,按下绿色工作按钮,开启真空探测器、真空度控制器、晶控、光控电脑、镀膜机主控制电脑。
(2)按下主控制电脑的“warm up”按钮,进行镀膜机的热机工作,热机时间50分钟。热完机器之后,按“VENT”按钮,对镀膜机内充气,升高机内压强,等到压强达到7.4×102托即外界大气压情况下,镀膜机的门打开。将事先用乙醚擦洗过的玻璃(K9)玻璃放到盖子上,对左右两边的干锅中添加镀膜材料(二氧化硅SiO2),用吸尘器清理下室内,然后关上门,按下“Auto”和“Process”按钮,进行室内抽真空。抽真空,先开启机械泵,当室内气压达到8.6×10-5托时,开启罗茨泵,当气压达到1.4×10-5托时,打开扩散泵,当气压达到10-4量级,高真空度探测器打开显示高真空度数值,当数值达到2.0×10-5托时,真空快抽好了,将要进行镀膜。
(3)第一次抽真空大约需要三个小时,在抽真空的时候,我们可以在晶控仪对镀制膜系进行设计输入。例如镀制SiO2,我们需要镀制600nm左右的膜层,可以在晶控仪上点“F6 PROGRAM”按钮,再点“F2 PROCESS DIRECTORY”按钮进入膜系选择,选择好膜系点“F5 PROCESS”进入膜层参数设置,在界面中有材料、沉积速率、镀制厚度、使用干锅号几个需要按要求输入,之后点击“F5 LAYER EDITING”按钮返回主界面,膜系就设计好了。 各类光学薄膜厚度测量仪测量误差差异性研究(5):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_7556.html