[發明專利]用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法

有效

• 申請號: 201710579817.2
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107246844B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 劉慶綱;秦自瑞;岳翀;郎垚璞;李洋
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王顕

1.一種用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法，步驟一：建立各材料薄膜膜層厚度對應的SHEL分裂位移隨入射角變化的理論曲線圖；

步驟二：選取被測材料SHEL分裂效應的敏感入射角度，使線偏振入射光以任意一初始角度入射到鍍有待測薄膜的被測薄膜表面，光自旋導致反射光束中的左右旋分量產生分裂，用感光成像器件獲取反射光的反射圖像并進行處理得到相應的SHEL分裂位移，分裂位移為薄膜厚度和入射角的函數；

步驟三：改變入射角得到SHEL分裂位移隨入射角度變化的被測薄膜的測量曲線；

步驟四：將步驟三所得被測薄膜的測量曲線比對步驟一所得SHEL分裂位移隨入射角度變化的理論曲線進行比對分析，確定納米薄膜的厚度；

反射光的左右旋分量的分裂位移與薄膜厚度d的關系為：

其中，

下標σ代表﹢、﹣，分別表示光束的左旋和右旋分量；γ為入射光的偏振角，即偏振方向與x_i軸之間的夾角；Re表示取實部；w₀表示入射到被測樣品表面的高斯光束的束腰；λ為入射光在傳播介質1中的波長，

式中

i分別代表1、2、3，其中1代表第一層介質，2代表薄膜層，3代表第三層介質，ε₁和ε₃分別代表第一層和第三層介質即基底的相對介電常數，λ為入射光波長，θ為入射角度，d和ε₂分別為薄膜層的厚度和相對介電常數，r₁₂為第一層介質和薄膜層交界面的反射系數，r₂₃為薄膜層和第三層介質交界面的反射系數。

2.根據權利要求1所述的用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法，其特征是：所述線偏振入射光的偏振角γ為0-180°中的任一角度，所述線偏振入射光的波長λ為對被測材料的SHEL分裂效應敏感波長任意長度。

3.根據權利要求1所述的用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法，其特征是：通過計算理論數據和測量數據的殘差平方和最小時，由此時的理論曲線確定薄膜的厚度。

4.根據權利要求1所述的用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法，其特征是：薄膜厚度的測量分辨力和精度優于1nm。

5.根據權利要求1所述的用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法，其特征是：被測薄膜為單層薄膜或多層納米薄膜。

6.根據權利要求1所述的用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法，其特征是：所述薄膜為金屬膜或非金屬膜。

7.根據權利要求1至6任一項所述的用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法，其特征是：所述薄膜的厚度測量范圍為納米級至亞微米級。

8.根據權利要求7所述的用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法，其特征是：所述薄膜測量厚度范圍為0—100nm。

9.根據權利要求1所述的用于測量薄膜厚度的SHEL分裂位移測量方法，其特征是：所述感光成像器件為CCD相機或CMOS相機。