SCMOS相机 光束分析仪 DMD 光纤束 合束激光器 共焦 拉曼光谱仪 锁相放大器 无掩膜光刻机 高光谱相机
传统磁光薄膜的特性为了在薄膜上获得分离良好的磁性区域,在x射线光刻过程中使用掩膜,如图1所示,然后通过离子束蚀刻去除薄膜的未保护部分。由于需要确保垂直磁化方向,因此需要进行MOKE测量以检查薄膜的质量。这种磁性表征是可能的,因为这些薄膜的磁化方向对光偏振方向有很强的依赖性,并且薄膜与背景反射率的比例很高。其他互补的表征技术,如反射高能电子衍射,通过指示外延生长,提供了对薄膜光学质量的进一步了解。x射线衍射研究表明材料是否具有晶体织构,因为通常需要具有高度织构且易于磁化轴垂直于薄膜的材料(图2)。图1图2在这一点上,应该强调的是,传统磁光薄膜的磁性是连续的,而其他磁性薄膜,如传统磁性记录磁带中使 ...
表征二维材料薄膜厚度测定薄膜材料厚度的常用技术包括光学方法,如反射光谱法和椭偏法。在某些情况下,例如当薄膜生长在透明的衬底上时,这些光学技术可能具有挑战性,不能提供准确的结果。蓝宝石上硅(SOS)薄膜就是一个例子。对于原子薄的二维(2D)材料,原子力显微镜(AFM)是常用的厚度测量方法,然而,AFM是耗时的,并且只能给出不同位置之间的相对厚度差异。光学对比也是表征多层二维材料(如石墨烯3、4和过渡金属二卤化物(TMDs))层数的强大工具。然而,光学对比方法仅限于极少数(<10−15)层。拉曼光谱是一种基于光在材料振动模式下的非弹性散射的光学光谱技术,常用于表征薄膜和原子层材料拉曼光谱在物 ...
(六)-台式薄膜测量系统的优势MPROBE20数秒内的薄膜测量台式MPROBE20可以快速、简便地测量厚度,光学常数(n和k)和透射率。这台功能 齐全的仪器能测量1纳米到1毫米厚的透光或半透光的薄膜。精度一般在几个埃。光斑大小可调节并且范围很宽。超高的性价比Semiconsoft很高兴能提供突破性的低价格,使原本又困难又昂资的薄膜测量变得很便宜很简单。附件 多种不同的平台,晶圆平台和特殊测量探头可适合大部分样品的尺寸。在线测量针对制程应用,Semiconsoft的测量系统仅需要在光路上直视待测样品,并提供与多种控割系统的接口。把显微镜变成薄膜厚度测量工具用于图形化表面和光斑小至10微米的薄膜厚 ...
(五)-台式薄膜测量系统的应用使用Semiconsoft公司的先进光谱系统,可以很快、很容易地测量厚度、折射率及消光系数。只要将Semiconsoft 系统插入您电脑的USB接口,就能开始测量。整个系统只需要几分钟来设定,只需要基本的电脑知识就能测量。这种简单的硬件系统和直观的软件为所有新用户提供了薄膜知识。从近红外到紫外 系统能在波长200纳米到1700纳米 范围内测量厚度从1纳米到1.8毫米的薄膜。Semiconsoft 系统可测量几乎所有常用材料做成的透光薄膜。容易操作的软件用户能很快地掌握Semiconsoft软件熟悉而又友好的界面。测量一次大约一秒。测量数据,及测量细节能够非常容易地 ...
光谱反射确定薄膜特性薄膜反射率的振幅和周期取决于薄膜厚度,光学常数,和界面粗糙度等其它特性。在多于一个界面的情况下,薄膜的光学特性不可能以解析解的形式来算出来,也不可能在每个波长下描述n和k值。实际应用中,一定波长范围内的n和k由数学模型根据几个可调节参数模拟得出。薄膜特性通过计算厚度实验值及n与k模型参数的反射光谱来确定,不断调整这些数据,直到计算反射率和测量反射率相匹配。n和K的建模有许多数学模型描述波长的函数n和k。为某种薄膜选择模型时,在准确描述相关波长范围n和k的情况下,变量越少越好。一般来讲,不同材料(如:电介质,半导体,金属和非金属)的光学常数随波长有很大的不同,需要不同的模型来 ...
针对于小尺度薄膜样品三维热导率测量的光热反射法简介小尺度薄膜样品的热导率(包括纵向热导、面内和界面热导)难以测量,特别是对于低导电性样品和各向异性材料。而基于光学的热反射法的发展使得小尺寸样品的热导率测量变得容易。如今发展较为成熟的光热反射技术有基于超快泵浦探测的时域热反射法(TDTR)和基于连续波激光的频域热反射法(FDTR)。此外,还有新开发的稳态温升热反射法(SSTR)和空间域热反射法(SDTR)等。这些热反射法的特点是采用一束经调制的激光周期性加热样品,采用另一束激光作为探测光,通过被加热样品表面的反射率随温度的线性变化来测量样品表面的局部温度变化,从而确定样品相关的热物性(例如图1中 ...
原理(一)-薄膜沉积在另一种物质表面的非常薄的物质层,即薄膜,对许多以技术工艺为基础的行业是极端重要的。薄膜被广泛地用于导体之间的钝化绝缘层、防扩散层、以及防划痕和磨损的硬涂层。集成电路就主要由一系列薄膜的沉积和选择性的去除组成。常见应用中的薄膜厚度从几个原子(<1纳米或 0.0001微米)到100微米 (人头发的宽度)。薄膜可以通过许多不同的过程形成,包括包括旋转涂膜、真空蒸镀、溅射、气相沉积和浸涂。为了实现设计功能,薄膜必须有合适的厚度,成分,粗糙度,和特定应用的其它重要特性。这些特性往往需要在薄膜的制造过程之中或之后测量。光学和探针测量是薄膜测量的两种主要类型。探针测量是通过监测精 ...
被广泛应用于薄膜的各种特性的测量。偏振光波通过介质时与介质发生相互作用,这种相互作用将改变光波的偏振态,测出这种偏振态的变化,进而进行分析拟合,得出我们想要的信息。用薄膜的椭圆函数ρ表示薄膜反射线形成椭圆偏振光的特性,即式中:tanψ表示反射光的两个偏振分量的振幅系数之比,ψ称偏振角;rp表示反射光在P平面的偏振分量;rs表示反射光在S平面的偏振分量。椭偏仪数据处理模型的建立是至关重要的一步,如果不能建立一个与参数匹配良好的模型,前面的测试就毫无意义,甚至如果建立一个错误的模型,其结果将与真实值南辕北辙,误导我们的实验。下面列出几种材料的物理模型:1.NK模型 它用于已知组分的同类多层膜;2. ...
镜引导到一个薄膜分束器。在这里,大约90%的光被传输并到达光谱仪,光谱仪用于确定激光的波长。剩下的10%的光被反射到显微镜物镜上,物镜将光聚焦到低温恒温器中的样品上。物镜的放大倍率为60,数值孔径为0.70,工作距离约为2.5 mm。为了在切割边缘平面上获得尽可能小的激光光斑直径,必须确保显微镜物镜的整个孔径均匀照射。因此,光束在离开二极管激光器后用望远镜加宽。样品上的光强可以借助中性密度滤光轮来控制。测量时使用的探测激光功率约为10μW。激光在到达样品之前被格兰-汤普森棱镜线偏振。光从样品表面反射后,偏振面旋转克尔角θK,用沃拉斯顿棱镜将反射光分成两束正交偏振光束,用差分放大器测量相应的光强 ...
研究背景介绍薄膜的热处理是现在电子技术发展领域中遇到的重要问题,一定程度地影响着科技技术的发展,而光热反射法是能够测量亚微米尺度的薄膜热物性优选方法。光热反射法中时域热反射TDTR和频域热反射FDTR尤为收到人们的关注,在这里介绍TDTR和FDTR技术的研究背景。将泵浦激光束聚焦在样品表面,形成一个高斯形状的热源,而探针激光束聚焦在同一点,测量反射率的变化。对于微小的温度变化,反射率的变化与附加屈光度系数的表面温度的变化成正比。样品通常涂有一层较薄的金属传感层(如100铝膜或金膜)。TDTR和FDTR是非接触式光泵-探针技术,其中一束光(泵浦光)作为热源,而第二束光(探测光)通过表面反射率的变 ...
畴结构的磁性薄膜,这些薄膜的畴结构可以通过其磁化方向的光学对比读出来确定,这种类型的表征是可能的,因为通过MOKE在相反磁化取向的磁畴中可获得光学对比。实验是这样设置的:一束平面偏振光垂直地射向试样表面。当偏振光从磁化材料反射回来时,由于MOKE作用,光束的偏振面发生旋转。当磁畴磁化强度垂直于薄膜表面时,测量特别成功,并且磁畴在光学上明显不同。这实际上是一个必要的要求,因为当每个域的磁化矢量沿光的传播方向有一个分量时,极化平面就会发生旋转。通过这种方式,可以通过检测由于反射域而旋转的偏振面来进行光学读出。在光学分析仪或旋转补偿器的帮助下,根据畴的磁极性,畴将被视为反射光或熄灭光。磁畴的磁极由该 ...
统的磁光记录薄膜、高密度记录介质的超薄薄膜或用于自旋电子应用的专用材料中执行3D矢量磁强计和监测磁化反转。通过磁光测量,还能够定量表征单纳米点的磁化反转,特别是当这些结构表现出面外磁化时。在许多磁性系统中,MOKE系统已成为测量三种磁化分量的高分辨率空间工具。极性MOKE几何形状揭示了垂直于样品表面的磁化分量信息,而纵向或横向测量则检测平面内磁化。磁光测量的这种表征能力导致了该技术在当代基于自旋的器件中的应用增加。例如,在一些先进的技术中,如磁性随机存取存储器(MRAM),二进制信息以相邻两个铁磁层磁矩的平行或反平行方向的形式存储。因此,为了及时地读取或写入信息,有必要实现快速磁化反转,也称为 ...
于磁性柘榴石薄膜和正铁氧体的透射实验,由于法拉第效应比克尔效应强得多,因此不需要电子对比度增强。基于Voigt效应的透射显微镜也是如此,该效应用于观察石榴石中的面内畴。后来在金属的反射实验中也发现了Voigt效应,以及在类似实验条件下出现的磁光梯度效应。梯度效应是一种双折射效应,它与磁化梯度呈线性关系。这两种效应都有助于分析具有立方磁各向异性的外延多层体系中的畴,通过考虑效应的对比规律和深度灵敏度。梯度效应也可以很好地应用于图像精细过渡和域调制。图1图1比较了Kerr效应、Voigt效应和梯度效应之间的现象差异。在不同条件下,在光学偏光显微镜下对具有两个正交磁化轴的铁硅晶体的典型畴图进行了成像 ...
椭偏仪(四)-系统成像原理椭偏成像技术根据成像原理可以划分为两类:机械扫描椭偏成像和光学椭偏成像。机械扫描椭偏成像采用单光束测量,利用样品台的机械扫描获 取整个样品信息。受到机械扫描速度的限制,机械扫描椭偏成像测量速率较低。光学椭偏成像采用光学成像技术,对待测区域进行二维成像,可以实现高横向分辨率、高速率测量。成像椭偏仪的成像系统大多采用显微物镜和成像透镜组成的成像放大系统。放大成像的原理如下图所示 ,将样品放置在物镜的工作距离处,按照几何光学成像原理在成像透镜的后焦面成放大的实像。成像椭偏仪放大倍率原理图其中物镜内部有很多透镜组合而成,f '为物镜 的等效后焦点,f为成像透镜的焦点。 ...
,入射光经过薄膜的反射后p光和s光的振幅分别变为Eiprp和Eisrs,相应的相位变为δrp和δrs,故p光和s光的反射光电矢量分别为消去时间因子t,便可得到反射波电矢量末端的运动轨迹:式中:Δ=δrp-δrs。上式实际上就是椭圆方程。也就是说线偏振光入射,与待测样品发生相互作用后,由于p光和s光的反射率不同,反射光不再是线偏振光,而变成了椭圆偏振光,引入参量tanΨ和Δ,Δ表示p光分量和s光分量的相位差,tanΨ 表示反射后两个分量振幅比 Erp/Ers。定义ρ由各层薄膜的折射率、消光系数和膜层厚度等参量决定,故可表达为式中:n1、n2和n3分别为空气、薄膜和衬底的折射率;k2和k3分别为薄 ...
椭偏仪(二)-光在各向同性且均匀的界面反射原理椭偏成像技术的测量基于传统椭偏测量术,即用偏振光波为探测光照射样品,样品对入射光波进行调制,使得反射光中载有样品的信息。椭偏测量系统包括三个基本部分:起偏部分、样品部分和检偏部分。起偏部分用于产生偏振态已知的椭圆偏振探测光;补偿器和起偏器相结合可以产生任意形态的椭圆偏振,探测光倾斜入射到样品表面,与样品相互作用使得反射光偏振态发生变化,从而载有样品信息;反射光经过检偏器后变成线偏振光,通过显微成像系统,椭偏成像在 CCD 相机等图像传感器上;摄像机采集的模拟信号通过视频显示器显示,并进一步经图像采集卡进行A/D转换,转变成数字图像文件进入到计算机。 ...
椭偏仪(一)-椭偏成像技术简介椭偏成像技术是一种在传统椭偏技术和光学成像系统基础上发展而来的,以charge coupled device (CCD)或 complementary metal-oxide-semiconductor transistor(CMOS)为探测器实现高横向分辨率的椭偏测量技术。随着各种技术的发展,传统椭偏测量技术已经无法满足测量要求。从根本的测量原理来看,传统椭偏测量技术测量时采用的是光斑照射区平均测试方法,分析的数据是全部光斑照射区域内样品待测参数的平均值,这不仅难以准确地检测分析小于光斑照射区域内待测对象的微小变化,对于待测参数分布不均匀的样品也会得到错误的结果 ...
各向异性的磁薄膜(PMA)。了解这些材料中的磁阻尼是至关重要的,但正常的铁磁共振(FMR)测量面临一些局限性。为了量化PMA材料中的阻尼,采用了时间分辨磁光克尔效应(TR-MOKE)测量方法。在本文中,我们讨论了TR-MOKE中依赖角度和场的信号,并利用基于Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程的数值算法提供了运行TR-MOKE测量的最佳条件的信息。为了验证最大TR-MOKE信号振幅的预测结果,在300°C退火后的W/CoFeB/MgO薄膜上进行了一系列测量(有关详细信息,请参阅我们以前的出版物)。在进行测量后,减去热背景,只留下衰减的正弦项。测量得到的振荡振幅计算结果 ...
测量多种类型薄膜的厚度,粗糙度和光学常数。但是,如果只有不到一个周期的反射率振荡(如:薄膜太薄),那么就不会产生足够的信息来确定模型的可变量。这样,对于非常薄的薄膜,可确定的薄膜特性的数量就会减少。如果试图解决太多的变量,不可能找到唯一的解答;这种情况下待求变量的多种组合都可能使得反射率计算值与测量值匹配。取决于薄膜和测量的波长范围,光谱反射法测量的单层薄膜的最小厚度为1纳米到30纳米。如果还要测量光学常数,除非使用最少变量模型,可测最小厚度增加为10纳米到200纳米。如果测量超过一层的薄膜的光学特性,最小厚度将进一步增加。光谱反射法与椭圆偏光法 基于上面列出的限制条件,光谱反射法能测量绝大部 ...
材料上的一层薄膜。这种情形下,薄膜的顶部和底部都会反射光。总反射光量是这两部分反射光的叠加。因为光的波动性,这两部分反射光可能干涉相长(强度相加)或干涉相消(强度相减),这取决于它们的相位关系。而相位关系取决于这两部分反射光的光程差,光程差又是由薄膜厚度,光学常数,和光波长决定的。当薄膜内光程等于光波长的整数倍时,两组反射光相位相同,因而干涉相长。当光重直人射到透明薄膜时就是这种情形,即2nd =iλ,这里d薄膜厚度,i是整数(系数2是因为光穿过薄膜两次)。相反,薄膜内光程是波长整数倍加半时,即 2nd=(i+1/2)λ时,两组反射光相位相反,因而干涉相消。反射率可以合成一个简单公式:从公式看 ...
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