基于干涉原理的纳米级薄膜厚度测量研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

21世纪科学技术飞速发展的洪流中，纳米技术和纳米材料已逐渐深入到人们生活的方方面面。人们对于纳米技术的深入研究，就是要实现对整个微观世界的掌控。作为一种新型的纳米材料，纳米薄膜已在科学研究中发挥了不可预估的作用。在纳米薄膜的各种相关测量量中，厚度又是一个极为重要的参数，因为它极大地影响着薄膜的光学性能，力学性能以及电磁性能等。因此，如何能够准确地测量纳米级薄膜的厚度，已成为当前科学研究者一个不懈追求的话题。

无数科学工作者的探索与研究，给我们提供了许多测量纳米级金属薄膜厚度的方法，主要可以分为两大类：(1)非光学方法，主要包括电阻法，电容法，涡流法和探针法；(2)光学方法，主要有椭圆偏振法，光度法，白光干涉等等。随着测量方法的不断改进，光学方法已逐步取代非光学方法。光学方法中前面两种测试方法有着各自的优缺点。椭圆偏振法的测量原理是用偏振光束在薄膜上反射或透射时偏振态会发生相应的变化。这种方法具有很高的灵敏度，但椭圆偏振法的测量结果受薄膜的折射率非均匀性的影响很大。而光度法是根据薄膜的透射率曲线或反射率曲线来计算薄膜物理厚度的一种方法。这种测量方法的测量结果有高灵敏度，但外界条件对其测量结果有较大影响，并且需要复杂的数学模型来求解薄膜厚度。

白光光源与单色光源相比，白光干涉相干长度短，使得两束光的光程差在极小的情况才能发生干涉，因此不会产生干涉条纹。此外，白光干涉条纹具有明显的零光程差位置，避免了单色光源中经常出现的条纹级次不明确的问题，因此用来测量纳米级薄膜的厚度会有更高的精度。白光光源是由不同频率的单色光组成的连续光谱，只有相同频率的单色光才能发生干涉，因此，各波长将产生一组各自的干涉条纹。只有当光程差Δ=0时，各波长的零级干涉条纹完全重合。干涉条纹对比度最好，以此位置作为参考位置，在这个位置，输出光强有一个相对最大值，因此可以实现薄膜厚度的绝对测量。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：(1)利用matlab完成对基于峰值波长移动解调方案的分析和系统仿真，从时域和频域两个方面对白光干涉进行研究，并要求分析光源的各种特性参数，如中心波长，谱宽及其光源的类型对于最终结果的影响。同时，锗膜的厚度对于实验结果的影响，也需要进行仿真分析；(2)搭建实验系统测量相关数据，并验证峰值波长的移动与温度的关系，找出与光程差之间的联系，最后计算出锗膜的厚度。实验数据测量完成后，还需要对整个实验所产生的误差进行分析。

目标：测量纳米级锗膜的厚度。

技术方案及措施：利用白光干涉峰值波长的移动的原理来测量锗膜的厚度。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解白光干涉峰值波长移动的原理和相关知识，并建立理论分析模型，完成开题报告。

第4-8周：完成英文文献翻译，进一步完善研究目标，完成对基于峰值波长移动解调方案的分析和系统仿真；

第9-13周：搭建锗膜厚度测量系统，完成纳米级薄膜厚度的测量，完成相应的实验结果处理和误差分析；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 陈凯，崔明启，郑雷．nm级薄膜厚度测量[j]．强激光与离子束，2008，20(2)：73-76．

[2] 苑立波．光纤白光干涉技术的回顾与展望[j]．光学学报，2011，9：0900137．

[3] 辛金栋．纳米级金属薄膜厚度的spr检测方法研究[d]．天津：天津大学，2011．