反射式动态椭偏光谱技术及其在薄膜研究中的应用

摘要

反射式动态椭偏光谱技术是一种通过测量单色光经样品表面反射后变成的椭圆偏振光的P偏振光和S偏振光的振幅比和相位差,进而计算得到薄膜样品厚度和光学常数的光学技术.与传统的测试手段相比,它具有非破坏性、非苛刻性、高精度和高灵敏度等优点,正成为测量超薄膜、超晶格、多层膜等各种薄膜材料的厚度和光学常数的一种重要的技术手段.为了对椭偏光谱技术有一个全面的了解,该论文首先详细叙述了椭偏光谱技术的发展历史,特点以及在各种材料中的应用.然后在第二章中先给出几种常用的固体光学常数之间的关系,后具体推导出环境媒质-基片系统和环境媒质-薄膜-基片系统所满足的椭偏方程,最后给出RAP-1型椭偏光谱仪的测量原理.在第三章,我们用X射线衍射、透射光谱和椭偏光谱技术对室温下用直流溅射法制备的不同厚度的Au薄膜和Ag薄膜进行表征.XRD分析表明:制备的Au薄膜和Ag薄膜均为面心立方结构,且为多晶状态.用椭偏光谱技术得到样品的厚度和光学常数.通过对Au薄膜和Ag薄膜的光学常数谱进行分析可以发现,每一个样品的光学常数谱与块材或厚膜的光学常数谱相比都有不同程度的色散,而且色散程度随着薄膜厚度的减小而加剧.文中从量子尺寸效应等方面对上述现象进行了解释.在第四章,我们将椭偏光谱技术与两种有效介质理论(Maxwell-Garnett理论与Bruggeman理论)相结合研究了Ag-MgF<,2>复合颗粒薄膜的光电性质.通过比较分析发现,Bruggeman理论更适合解释Ag-MgF<,2>复合颗粒薄膜的光学性质.文中对理论结果与实验结果之间的差异也给出了解释.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1椭圆偏振光谱技术的发展历史

1.2椭圆偏振光谱技术的特点

1.3椭圆偏振光谱技术的应用

1.4本论文的主要内容

参考文献

第二章椭圆偏振光谱技术原理

2.1几种固体光学常数之间的基本关系

2.2环境媒质—基片系统的反射

2.3环境媒质—薄膜—基片系统的反射

2.4动态测量原理

参考文献

第三章动态椭偏术在半连续金属薄膜研究中的应用

3.1半连续金膜的微结构及光学常数研究

3.2半连续银膜的微结构及光学常数研究

参考文献

第四章动态椭偏术结合有效介质理论在Ag-MgF2复合纳米颗粒薄膜中的应用

4.1引言

4.2理论分析

4.3实验结果

4.4讨论与分析

4.5小结

参考文献

第五章结论

致谢

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