提高椭偏测量中薄膜参数精度的研究

摘要

随着薄膜材料和技术的不断发展,准确而快速地测量薄膜的光学常数和厚度受到了人们的广泛关注和重视.但对某些吸收性很强或厚度极薄的样品,采用普通的测试方法无法实现,而椭偏术恰能弥补此不足,且还具有较多的诱人优点故备受青睐.特别在纳米技术迅速发展的今天,这种能准确测量纳米级薄膜技术的椭偏术在众多的领域中更是扮演着举足轻重的作用.有效避开伪解,寻找到真值,提高薄膜参数的精度一直是具有非破坏性和高灵敏度的椭偏测量术的难点,解决此问题具有十分重要的科学应用价值.该论文依据椭偏测量法的求解过程,主要针对模型的有效选取、数值优化反演算法的选择和椭偏参数测量精度的提高三方面,分别进行了分析和讨论,其目的是通过对它们的分析从而进行有效的选择,以达到经过各个部分的改进最终提高求解结果中薄膜参数值的精度.论文首先系统讨论了模型有效选取的重要性、选取办法以及应注意的椭偏参数灵敏区域和入射角的选择:其次,基于前人研究模拟退火算法的基础上,针对其不足之处提出了采用两种不同的测量误差的方法并进行了研究,其结果有明显改善.最后,提高椭偏参数的测量精度是该文的重点.针对多角度入射法中入射角选取不恰当得到伪解多解的情况,文章以统计误差和系统误差两方面为突破口,提出了多次数测量法和引入了内外反射法,并首次将内外反射法与模拟退火优化算法相结合对吸收薄膜进行了大量计算模拟和实验测量,其结果收敛稳定、薄膜参数精度能得到有效提高,效果明显优于多角度入射法.当把内外反射法、模拟退火算法和多次数测量法相结合时,效果将更佳.

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

§1.1椭偏测量术的重要性

§1.2椭偏测量术概论

§1.2.1椭偏测量术的产生

§1.2.2椭偏测量术的发展

§1.2.3椭偏测量术的发展趋势

§1.2.4椭偏测量术的特点

§1.2.5椭偏测量术的应用

§1.3椭偏测量术的难点

§1.4本论文研究的意义及主要内容

参考文献

第二章反射椭偏法测量的基本原理

§2.1反射系数比ρ

§2.1.1光在两种均匀、各向同性介质分界面上的反射

§2.1.2光在介质薄膜上的反射

§2.2椭偏参数ψ和△

§2.3反射系数比ρ中椭偏参数(ψ和△)的测定

§2.3.1等幅椭偏光的获得

§2.3.2反射光的检测及椭偏参数(ψ和△)的测量公式

§2.4小结

参考文献

第三章模型的有效选取

§3.1有效选取模型的方法

§3.1.1模型选取的重要性

§3.1.2有效选取模型的方法

§3.2椭偏参数灵敏区域的选取

§3.2.1反射系数比ρ与厚度的关系

§3.2.2椭偏参数△及其对厚度的差分δ△随厚度ｄ的变化情况

§3.3选取模型时应注意入射角参数的选择

§3.4小结

参考文献

第四章模拟退火算法概述及其改进

§4.1椭偏数据处理的发展

§4.2模拟退火算法概述

§4.2.1模拟退火算法的思想起源及其基本原理

§4.2.2椭偏测量中的模拟退火算法基本原理

§4.2.3模拟退火中参数的选择

§4.3模拟退火算法的改进

§4.3.1改进算法的基本思想

§4.3.2改进后的模拟退火算法的模拟研究

§4.4小结

参考文献

第五章正确使用多次测量法提高椭偏测量精度

§5.1椭偏测量的复杂性研究

§5.1.1利用(ψ和△)-(n，d)作图关系直接求取特殊薄膜参数的复杂性研究

§5.1.2椭偏反演算法中评价函数随薄膜参数的复杂变化关系

§5.2多次测量及其数据分析

§5.3分析与结论

§5.4小结

参考文献

第六章利用内外反射法测量吸收薄膜

§6.1多角度入射法

§6.2内、外反射测量法的基本原理

§6.2.1内反射测量的基本原理

§6.2.2内外反射测量法的实验操作

§6.3内外反射测量法的理论研究

§6.3.1内外反射测量法对吸收性较强薄膜的研究

§6.3.2内外反射测量法对吸收性较弱厚膜的研究

§6.4内外反射测量法与多角度入射法的比较

§6.5实验样品的测定

§6.6内外反射测量法需要注意的问题

§6.7小结

参考文献

第七章总结

致谢

附录

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