Способ определения комплексного показателя преломления Советский патент 1990 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к технической физике и предназначено для определения действительной п и мнимой k частей показателей преломления поглощающих сред, в частности пленочных покрытий, и может быть использовано в приборостроении, машиностроении, физической химии, оптике для исследования слоев в процессе их изготовления и для готовых покрытий.

Цель изобретения - расширение диапазона толщин исследуемых слоев.

Способ осуществляется следующим образом.

Из излучения источника с широким спектром выделяют заданную длину ны Л и измеряют на этой длине волны коэффициенты пропускания Т и отражения R системы слой - подложка при нормальном падении излучения. Затем выделяют другую длину волны Д , удовлетворяющую соотношению

ел

00

о

Oa°IA- (t d+О.ОЫ Я А ,05A

)

где d - толщина слоя на подложке, и измеряют на этой длине волны коэффициенты пропускания Т1 и отражения

3157

R . По измеренным ранее коэффициентам пропускания Т и отражения R определяют с использованием номограммы возможные пары значений действительной п,- и мнимой k. частей показателей преломления. Для выбора из этих пар истинного значения показателя преломления и поглощения. По формулам Мур- мана для всех возможных пар рассчитывают соответствующие им значения коэффициентов пропускания Т, и отражения R. на длине волны /V и среди них выбирают наиболее близкое к ,экс- периментальным значениям Т и R , т.е. удовлетворяющие минимумуфункции Д(Т--Т ) + (R}-R )2 . По выбранным значениям Т. и R.., находят соответствующие им значения и к. которые и принимают за истинные.

При этом, если имеется дисперсия, найденное значение показателя преломления соответствует длине волны А.

Соотношение длин волн Д и /V зависит от соотношения толщины слоя d и длины волны , причем меньшему отношению d/Л должно соответствовать большее отношение А /Л.

При выборе длины волны У такой,

что

А -А 1,0,01 А к --- 1 не обеспечивает- Д а+и,им

ся разделение значений (T,R). и (Т , R ), что приводит к неопределенности в выборе корня. При выборе длины

Л -А 0А05Д | д ,05 А

волны Л такой, что

для большинства материалов усиливается влияние дисперсии, что приводит к ошибочному определению комплексного показателя преломления.

Способ реализован в устройстве, содержащем последовательно расположенные и оптически связанные источник излучения с широким спектром, устройство выделения заданных длин волн и Фотометр.

В примере конкретного выполнения определялись параметры пленки халько- генндного стеклообразного полупроводника на стеклянной подложке. Толщина пленки ,3 мкм, показатель преломЛе ния подложки п 5 1,5.

На длине волны ,63 мкм измеряют значения коэффициентов пропускания Т и отражения R системы слой - подложка при близком к нормальному падении светового излучения (,5°). И использованием номограммы находят возможные пары значений (n,k)(- . Выбирают длину волны ,61 мкм, удовлетворяющую соотношению (1). На длине волны А рассчитывают значения коэффициентов пропускания Т и отражения R для всех найденных пар значений n,k по формулам

Q

5

0

5

0

5

0

45

50

5

Т где Т

ilЈit,. т R-R +;-г ,

- 16n«j(n2+k2)/A )l . R B/A-J

4 kns + 1/ 4

,-r

f Ъ e

+2 t sin П21, ft.

+2Scos n

r +

В cos ny-2r sin , С .2& cos n +

+2r §in nr,

# ()2+k2, f«(n-1)2+k2, V (n-ns)2+k2, f(n+ns)2+k2 , g (n2+kJ)(H-n|)-(n2+k2)-n2s-4nsk2;,S - (n2+k2)(1+n2s)-(n2+k2)2-n|+4nsk2,

r 2k(ns-1)(k2+n2+ns), t 2k(ns + 1)(k2+n2-ns). I 41Td/A .

Затем измеряют значения (Т ,R ) системы слой - подложка на длине волны У, находят суммы среднеквадрщгк-. ческих отклонений Л(Т;-Т )2 + (R pR )2 и выбирают из пар значений (n,k), имеющую наименьшее отклонение л. Выбранные значения п и k являются действительной и мнимой частями комплексного показателя преломления пленки на длине волны А.,

Результаты измерений и расчетов приведены в таблице.

Из таблицы видно, что минимальное отклонение л от нуля соответствует гзначениям ,4; ,12. Отличие А от нуля говорит о наличии слабой дисперсии п и k на длине волны А относительно А, не влияющей на результаты измерений, так как длина волны А используется для выбора решения, а не для расчета корней.

Использование изобретения позволяет однозначно определять комплексный показатель преломления поглощающих слоев для более широкого диапазона отношений d/Д, не требует использования сложной спектрофотометрической аппаратуры, т.е имеет более широкую область применения по сравнению с известными способами.

Формула изобретения

Способ определения комплексного показателя преломления, заключающийся в том, что измеряют коэффициенты пропускания Т и отражения R системы слой - подложка на длине волны А при нормальном падении светового излучения, определяют m возможных пар зна- чений действительной и мнимой частей показателя преломления (n,k). ,соответственно, ,га, отличающий - с я тем, что, с целью расширения диапазона толщин исследуемых слоев, измеряют jj значений (n,k) за действительную и значения коэффициентов пропускания мнимую части комплексного показателя Т1 и отражения R системы слой - под- преломления на длине волны Д.

ложка на длине волны А , удовлетворяющей соотношению

°А°1 А | 0А°5У d+0,0 Г Ivd+o705l где d - толщина слоя, а затем для найденных пар значений (n, k); рассчитывают пары значений коэффициентов пропускания и отражени (T,R); на длине волны У, из них находят такую пару значений (T,R)- , которая удовлетворяет минимуму функции 4 (Т;-Т )2 + (R .-R )2 и принимают соответствующую ей пару из возможных

значений (n,k) за действительную и мнимую части комплексного показателя преломления на длине волны Д.

ложка на длине волны А , удовлетворяющей соотношению

°А°1 А | 0А°5У d+0,0 Г Ivd+o705l где d - толщина слоя, а затем для найденных пар значений (n, k); рассчитывают пары значений коэффициентов пропускания и отражени (T,R); на длине волны У, из них находят такую пару значений (T,R)- , которая удовлетворяет минимуму функции 4 (Т;-Т )2 + (R .-R )2 и принимают соответствующую ей пару из возможных

Изобретение относится к технической физике и предназначено для определения действительной N и мнимой K частей показателей преломления поглощающих сред, в частности пленочных покрытий, и может быть использовано в приборостроении, машиностроении, физической химии, оптике. Цель изобретения - расширение диапазона толщин исследуемых слоев. Измеряют коэффициенты пропускания T и отражения R системы слой - подложка при нормальном падении светового излучения с длиной волны λ и рассчитывают возможные пары значений (N,K) I, измеряют значения коэффициентов пропускания и отражения (T,R) системы на длине волны λЪ, удовлетворяющей соотношению 0,01 λ/D+0,01λ≤/λЪ-λ/λ/≤0,05λ/D+0,05λ, где D - толщина пленки. Для найденных пар значений (N, K) I определяют пары значений коэффициентов пропускания и отражения (T,R) I на длине волны λЪ, из которых находят такую пару значений, которая удовлетворяет минимуму функции 98Д=(T I-TЪ) 2+(R I-RЪ) 2. Соответствующую ей пару из возможных значений (N, K) I принимают за действительную и мнимую части комплексного показателя преломления на длине волны λ. 1 табл.