橢偏儀作為表征光學(xué)薄膜性能的核心工具，在光學(xué)薄膜領(lǐng)域具有不可替代的作用。本研究聚焦基底類型（K9玻璃、石英玻璃、單晶硅）對溶膠-凝膠法制備的TiO?和SiO?薄膜光學(xué)性能的調(diào)控機(jī)制。Flexfilm費(fèi)曼儀器作為國內(nèi)領(lǐng)先的薄膜材料檢測解決方案提供商，致力于為全球工業(yè)智造提供精準(zhǔn)測量解決方案。

其中全光譜橢偏儀可以精確量化薄膜的折射率、消光系數(shù)及厚度參數(shù)，揭示基底結(jié)構(gòu)差異對薄膜微觀形貌與光學(xué)常數(shù)的內(nèi)在影響規(guī)律，為高性能減反膜及光學(xué)器件的基底選型提供理論支撐。

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橢偏測量原理

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Δ 是橢偏法的位相參量， 反映了反射前后 p 波和 s 波位相差的變化；ψ 是橢偏法的振幅參量，反映了 p 波與 s 波的振幅比在反射前后的變化。橢圓偏振儀的原理是利用 p 分量與 s 分量間具有一定相位差的等幅橢圓偏振光入射到樣品表面，使反射光成為線偏振光，通過對入射 p 與 s 分量間相位差及反射線偏振方位角的測量獲得涵蓋樣品光學(xué)參量的相關(guān)信息。

式中：rp和 rs分別為對于 p 分量和 s 分量材料的反射系數(shù)；εs和 εa別為樣品和環(huán)境的介電常數(shù)，環(huán)境通常為空氣，εa=1；φ為入射角。

通過對光強(qiáng)信號隨偏振器方位角的變化作傅里葉變換，求得橢偏參數(shù) ψ 和 Δ；再利用兩組模型計(jì)算樣品的表觀介電常數(shù)，進(jìn)而可得到其他光學(xué)參數(shù)。折射率和消光系數(shù)分別表示為：

單晶硅基底上 TiO?(a, b)和 SiO?(c, d)薄膜的橢偏參量測量和擬合結(jié)果

同時(shí)通過前期分別對TiO?/單晶硅薄膜、SiO?/單晶硅薄膜橢偏參數(shù)的擬合分析發(fā)現(xiàn)：單晶硅基底上的兩種薄膜誤差最小。 因此選用單晶硅基底上的TiO?與SiO?薄膜進(jìn)行擬合分析。

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不同基底對薄膜折射率的影響

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不同基底上TiO?、SiO?薄膜的折射率

由橢偏儀測量結(jié)果可知，單晶硅基底上的 TiO?和 SiO?薄膜折射率均為最大，TiO?薄膜在三種基底上折射率順序?yàn)?/span>單晶硅＞K9 玻璃＞石英玻璃，SiO?薄膜則為單晶硅＞石英玻璃＞K9 玻璃。這是因?yàn)閱尉Ч杌拙Ц衿ヅ涠雀摺⒋植诙刃。∧じ旅埽着c薄膜的線膨脹系數(shù)、化學(xué)組成等也影響折射率。

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不同基底對薄膜消光系數(shù)的影響

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不同基底上 TiO?、SiO?薄膜的消光系數(shù)

橢偏數(shù)據(jù)揭示消光系數(shù)（k）隨波長增大而遞減，且基底依賴性顯著：

TiO?薄膜：單晶硅基底k值最低（@400 nm: 0.015±0.003），K9玻璃次之（0.028±0.005）

SiO?薄膜：所有基底k<0.005（可忽略吸收），但單晶硅基底表面裂紋少

熱失配效應(yīng)：石英玻璃與TiO?線膨脹系數(shù)差（Δα=1.39×10??/℃）引發(fā)界面張力，導(dǎo)致膜層缺陷增多→k值升高。

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不同基底對薄膜透光率的影響

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不同基底上TiO?、SiO?薄膜的透光率

透光率方面，K9 玻璃基底上 TiO?薄膜透光率高于石英玻璃基底，SiO?薄膜在兩種非晶基底上透光率峰值相差不大，這與基底對薄膜晶粒生長、表面狀態(tài)的影響有關(guān)。

橢偏儀定量揭示了基底-薄膜匹配機(jī)制：單晶硅基底因低晶格失配度（界面粗糙度σ<1 nm）使TiO?/SiO?薄膜折射率提升（n=2.27/1.43），而熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致非晶基底上TiO?光學(xué)常數(shù)分散性增大（Δn>0.6）。該研究為光學(xué)薄膜體系中基底選擇提供了橢偏數(shù)據(jù)支撐，尤其在高精度減反膜設(shè)計(jì)場景中，單晶硅基底可優(yōu)化界面光學(xué)性能。

Flexfilm全光譜橢偏儀

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全光譜橢偏儀擁有高靈敏度探測單元和光譜橢偏儀分析軟件，專門用于測量和分析光伏領(lǐng)域中單層或多層納米薄膜的層構(gòu)參數(shù)（如厚度）和物理參數(shù)（如折射率n、消光系數(shù)k）

• 先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測量技術(shù)：無測量死角問題。
• 粗糙絨面納米薄膜的高靈敏測量：先進(jìn)的光能量增強(qiáng)技術(shù)，高信噪比的探測技術(shù)。
• 秒級的全光譜測量速度：全光譜測量典型5-10秒。
• 原子層量級的檢測靈敏度：測量精度可達(dá)0.05nm。

Flexfilm全光譜橢偏儀可以高精度橢偏測量不同基底上 TiO?與 SiO?薄膜的折射率n、消光系數(shù)k及其誤差。Flexfilm費(fèi)曼儀器致力于幫助客戶實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化、性能提升及合規(guī)認(rèn)證，以創(chuàng)新技術(shù)賦能智能制造，助力全球薄膜材料領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展。

原文參考：《不同基底對 TiO2 和 SiO2 薄膜的光學(xué)性能的影響》

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