光纤光谱仪在膜厚测量中的应用

光纤光谱仪在膜厚测量中的应用

薄膜技术在半导体、太阳能电池、平板显示器和光学镀膜等领域有着非常广泛的应用，而膜厚测量是对薄膜表面微观形貌测试的一个重要环节。随着精密测试技术的发展日新月异，对膜层厚度以及表面质量的测量精度要求越来越高，传统机械、电磁等测量手段已经跟不上时代的发展，未来，光电技术将以其非接触、无损、高效等优势持续引领膜厚测量领域，利用先进光电设备与智能算法精准测量薄膜厚度与表面质量，助力工艺优化与产品升级，推动工业创新与发展。

1.原理介绍

本文介绍了一种采用反射式光谱系统进行膜厚测量的方法，该系统利用了干涉光谱的原理，结构简单，灵敏度高，适合反射光较弱、透明或半透明薄膜表面的测量。

如上图所示，通过将光源发出的光经光纤探头射向被测薄膜，光从空气进入膜层，相当于光疏进入光密介质，在膜层的上下表面产生两个反射光束，在空气与膜层界面处发生一次反射，形成第一束反射光，而折射进入膜层的光在膜层底部与载体界面处又发生反射，反射光透过膜层与空气界面射入空气，形成第二束反射光，两束反射光再由接收光纤传输，最终被光谱仪采集，由于两束反射光具有一定的光程差，会形成类似于干涉条纹的光谱，通过入射角度、折射率n以及波峰波谷光谱数据利用极值法计算出薄膜的厚度d。厚度越大光谱数据越密，波长越长光谱数据越稀疏，需要根据情况选择合适的波长范围及光谱分辨率。

2.系统特点

反射式光谱系统不仅可以测量薄膜厚度，还可以测量膜层厚度均匀分布情况，与其他方法相比，这种方式测量如下优势：

• 数据处理高效便捷：干涉光谱技术不需要检测干涉条纹，可以测量任意位置，能够即时分析并呈现高精度的膜厚数据。

• 非接触式测量，无损检测：避免了传统接触式测量可能带来的样品表面划痕或污染风险，尤其适用于对表面质量要求极高的精密元件和材料。

• 光纤探头设计精巧，适应性强：配备的光纤探头设计精巧，体积小巧且高度灵活，能够轻松穿越狭窄空间，深入设备内部进行精确测量。

• 测厚范围宽且精度高：干涉光谱测膜厚技术具有宽广的测量范围，能够覆盖从纳米级到微米级甚至更大范围的薄膜厚度，满足了不同应用场景下的多样化需求。同时，其测量精度高，能够捕捉到微小的厚度变化。

• 高重复性与稳定性：干涉光谱测膜厚技术具备出色的重复性和稳定性，即使在长时间连续测量或恶劣环境条件下，也能保持测量结果的准确性和一致性。

综上所述，干涉光谱测膜厚技术以其高效的数据处理能力、非接触式无损检测、精巧的探头设计、宽广的测量范围与高精度以及高重复性与稳定性等优势，在科研和工业领域展现出了巨大的应用潜力和价值。该技术易于与自动化设备和控制系统集成，实现测量过程的自动化和智能化。通过与其他设备的无缝对接，可以构建高效的实时在线生产监测和质量控制体系，进一步提升生产效率和产品质量。

3.应用领域

• 半导体行业：薄膜厚度的控制对于芯片制造至关重要，在集成电路制造中，需要精确控制氧化层、金属层等薄膜的厚度，以保证器件的性能和稳定性。

• 涂料行业：膜厚测试仪可用于测量涂料的干膜厚度，适当的涂料厚度有助于提高涂层的防护性能、美观度和耐久性。

• 光学领域：测量光学镀膜的厚度，如精密光学行业中的二氧化硅膜和氟化钙膜等。光学镀膜的厚度直接影响光学元件的性能，如反射率、透射率和色散等。

• 新能源/光伏行业：在新能源和光伏行业中，膜厚测量用于测量如钙钛矿、ITO等薄膜的厚度，精确控制薄膜厚度对于提高光伏器件的光电转换效率和稳定性至关重要。

• 显示面板行业：膜厚测量仪用于测量涂布膜、微流道等薄膜的厚度，这些薄膜的厚度直接影响显示面板的显示效果和性能。

• 高分子材料行业：在高分子材料行业中，膜厚测量可用于测量如PI膜等高分子材料的薄膜厚度，其厚度对性能和应用效果有重要影响，如透气性、阻隔性和机械强度等。

• 科研与高校：膜厚测量用于研究新材料的薄膜生长过程、探索新材料的性质等。

综上所述，膜厚测量在多个领域具有广泛的应用，其精确度和稳定性对于保证产品质量、提升性能和研究进展具有重要意义。

4.产品推荐

北京鉴知技术有限公司微型光纤光谱仪非常适用于膜厚测量的应用.

• 性能卓越、可靠性好、性价比超高

• 体积小巧，适合原位快速实时监测

• 软件使用简单，易操作

• 紫外、可见、近红外，光谱涵盖185~2500nm，可快速测量全谱范围