纳米级金属薄膜厚度的SPR检测方法研究

摘要

纳米级金属薄膜材料具有特殊的性能，在现代科技如微纳光电子器件有着重要应用。该薄膜的特殊性能与其厚度密切相关，因此需要高精度测量厚度参量。目前能够高精度测量纳米级金属薄膜的仪器主要是扫描探针显微镜(SPM)，椭网偏振光检测仪以及台阶轮廓仪等等。但是由于价格昂贵和结构复杂，限制了它们更广泛地应用。
　　 为了解决上述问题，研究设计了一种基于表而等离子体波共振(SPR)效应的马赫-增德尔(Math-Zehnder)干涉相位检测方法并搭建了实验系统。通过检测薄膜厚度变化引起的干涉条纹变化实现对金属薄膜厚度的测量。这种方法可以用于30nm到100nm之间的金属薄膜厚度测量。其灵敏度高，结构更为简单，测量精度为1nm。
　　 论文研究的主要内容和创新点有：
　　 1.p偏光为测量光，s偏光为参考光，建立了薄膜厚度参数与两种偏振光相位之间的数学关系并进行了理论模拟计算。
　　 2.根据表面等离子体波和激光干涉特点，搭建Math-Zehnder干涉结构。
　　 3.对于干涉条纹图像，通过分阶段确定亮条纹中心位置的方法计算干涉条纹的间隔量和偏移量。
　　 4.由于薄膜厚度与相位之间的关系复杂，难于直接求解，采用分段拟合二次函数的方法，既降低了计算难度，又保证求觯精度。