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基于光栅+傅里叶光谱的宽波段大角度光谱椭偏技术研究
1
作者
张瑞
白沁
+4 位作者
徐承雨
王赛飞
孔泉慧子
薛鹏
王志斌
《光谱学与光谱分析》
2025年第10期2930-2934,共5页
随着半导体、光电子技术的快速发展,紫外到中红外不同波段的薄膜材料被广泛应用,而薄膜厚度、折射率、消光系数等参数的高精度测量是上述器件质量和性能提高的关键。而光谱椭偏技术是其检测的最佳手段。但现有光谱椭偏测量技术无法同时...
随着半导体、光电子技术的快速发展,紫外到中红外不同波段的薄膜材料被广泛应用,而薄膜厚度、折射率、消光系数等参数的高精度测量是上述器件质量和性能提高的关键。而光谱椭偏技术是其检测的最佳手段。但现有光谱椭偏测量技术无法同时实现紫外-可见-短波红外宽波段透反射多角度测量,为此提出一种基于光栅+傅里叶光谱的宽波段大角度光谱椭偏测量技术。紫外-短波红外波段UV-SWIR(192~2100 nm)采用光栅光谱椭偏技术,短波红外-中红外波段SWIR-MIR(2000~3200 nm)采用傅里叶光谱椭偏技术,两个波段核心是探测光谱方式和位置不同,UV-SWIR波段的光栅光谱测量在检偏臂后端,SWIR-MIR波段的傅里叶干涉在起偏臂前端。为实现大角度测量,整个系统采用卧式旋转方式,两个波段起偏固定不动,检偏臂和样品台可大角度旋转,实现192~3200 nm宽波段、15°~90°大角度光谱椭偏系统集成。搭建原理样机,对Si基底上不同薄膜材料、不同厚度、不同膜层样片进行测量,其中用SiO_(2)-Si(薄膜为电介质)、ZnO-Si(薄膜为半导体)、PI-Si(薄膜为聚合物)、Si_(3)N_(4)-Al_(2)O_(3)-Si(电介质双层膜)、Au-SiO_(2)-Si(金属电介质双层膜)进行实验验证,并分别对样片穆勒矩阵M_(S)中的N=cos2Ψ、C=sin2ΨcosΔ和S=sin2ΨsinΔ与波长的关系进行测量,进而获得光谱椭偏参数Ψ和Δ,结合光谱椭偏理论拟合反演得到样片薄膜厚度。为验证该方法和系统的重复测量精度,对上述样片各进行30次重复测量实验。实验结果表明,该宽波段光谱椭偏系统的薄膜厚度测量精度优于0.7 nm,厚度重复性测量精度可达0.04 nm。该光谱椭偏测量技术可根据不同材料选择最优的光谱波段,进而提高其对更广泛材料类参数的测量精度,因此在高精度、宽波段、大角度薄膜椭偏测量领域具有重要的应用前景。
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关键词
光谱
椭偏
宽波段
大视场
光栅及傅里叶光谱
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职称材料
题名
基于光栅+傅里叶光谱的宽波段大角度光谱椭偏技术研究
1
作者
张瑞
白沁
徐承雨
王赛飞
孔泉慧子
薛鹏
王志斌
机构
中北大学山西省智能微波光电技术创新中心
出处
《光谱学与光谱分析》
2025年第10期2930-2934,共5页
基金
国家自然科学基金项目(62105302)资助。
文摘
随着半导体、光电子技术的快速发展,紫外到中红外不同波段的薄膜材料被广泛应用,而薄膜厚度、折射率、消光系数等参数的高精度测量是上述器件质量和性能提高的关键。而光谱椭偏技术是其检测的最佳手段。但现有光谱椭偏测量技术无法同时实现紫外-可见-短波红外宽波段透反射多角度测量,为此提出一种基于光栅+傅里叶光谱的宽波段大角度光谱椭偏测量技术。紫外-短波红外波段UV-SWIR(192~2100 nm)采用光栅光谱椭偏技术,短波红外-中红外波段SWIR-MIR(2000~3200 nm)采用傅里叶光谱椭偏技术,两个波段核心是探测光谱方式和位置不同,UV-SWIR波段的光栅光谱测量在检偏臂后端,SWIR-MIR波段的傅里叶干涉在起偏臂前端。为实现大角度测量,整个系统采用卧式旋转方式,两个波段起偏固定不动,检偏臂和样品台可大角度旋转,实现192~3200 nm宽波段、15°~90°大角度光谱椭偏系统集成。搭建原理样机,对Si基底上不同薄膜材料、不同厚度、不同膜层样片进行测量,其中用SiO_(2)-Si(薄膜为电介质)、ZnO-Si(薄膜为半导体)、PI-Si(薄膜为聚合物)、Si_(3)N_(4)-Al_(2)O_(3)-Si(电介质双层膜)、Au-SiO_(2)-Si(金属电介质双层膜)进行实验验证,并分别对样片穆勒矩阵M_(S)中的N=cos2Ψ、C=sin2ΨcosΔ和S=sin2ΨsinΔ与波长的关系进行测量,进而获得光谱椭偏参数Ψ和Δ,结合光谱椭偏理论拟合反演得到样片薄膜厚度。为验证该方法和系统的重复测量精度,对上述样片各进行30次重复测量实验。实验结果表明,该宽波段光谱椭偏系统的薄膜厚度测量精度优于0.7 nm,厚度重复性测量精度可达0.04 nm。该光谱椭偏测量技术可根据不同材料选择最优的光谱波段,进而提高其对更广泛材料类参数的测量精度,因此在高精度、宽波段、大角度薄膜椭偏测量领域具有重要的应用前景。
关键词
光谱
椭偏
宽波段
大视场
光栅及傅里叶光谱
Keywords
Spectral ellipsometry
Wide-band
Large-angle
Grating and Fourier spectrometry
分类号
TN247 [电子电信]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
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1
基于光栅+傅里叶光谱的宽波段大角度光谱椭偏技术研究
张瑞
白沁
徐承雨
王赛飞
孔泉慧子
薛鹏
王志斌
《光谱学与光谱分析》
2025
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