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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:賴政忠
研究生(外文):Cheng-Chung Lai
論文名稱:奈米級干涉式材料表面形貌及薄膜量測系統
論文名稱(外文):Nanoscale Interferometric Measurement System for Material-Surface Profiles and Thin Films
指導教授:許怡仁
指導教授(外文):I-Jen Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:應用物理研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:薄膜厚度折射率相移表面形貌干涉儀
外文關鍵詞:phase shiftprofilometrythin filminterferometerthicknessrefractive index
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在本研究中,我們提出並建立一套可達奈米解析度的表面形貌及薄膜量測系統。系統主體為基於雙干涉儀的概念所架構而成,其中用作相位補償的子系統之作用為在系統當中作光延遲的參考端,由於壓電換能器在連續振盪間起始點的偏差,使得在樣品的量測過程當中,需有一相位補償的機制。在表面形貌量測的應用裡,材料表面形貌的資訊來自解析干涉訊號的相移,經由前述的相位補償機制,系統的軸向解析度可達1.09 nm。在薄膜量測的應用上,光束以45°的偏振態斜向入射於樣品表面,在此設計之下,系統可同時作薄膜折射率及厚度的量測。在分別測得TE與TM兩種模態的干涉訊號之後,經由兩組干涉訊號的相移和強度比即可計算出薄膜的折射率與厚度。
We proposed and developed a low-cost system for profilometry and thin film measurement at nanometer resolution. The system is based on the concept of a dual interferometer. The sample was measured while a simultaneous compensation of the phase deviation due to the instability of piezoelectric transducer served as an optical delay component was performed. In the application of profilometry, the information of the surface profile of a material was obtained from the phase shift of the interference signal. By using the proposed compensation mechanism, an axial resolution of 1.09 nm was achieved. For the measurement of a thin film or membrane, the probe beam was prepared to polarize at 45° and was oblique incident on the sample. The system can perform a simultaneous measurement of the refractive index and the geometrical thickness as well as the position when the thin film is suspended. In order to calculate the refractive index and thickness of the thin film, the phase shifts and intensities of the interferograms of TE and TM waves were measured independently. By comparing the ratio of intensities and the phase shifts of the interferograms, the refractive index and the thickness of the thin film can then be obtained simultaneously.
目錄
摘要…………………………………………………………………..…Ⅰ
Abstract……………………………………………………………...…Ⅱ
謝誌………………………………………………………………..……Ⅲ
圖索引……………………………………………………………..……Ⅳ

第一章 緒論
1.1研究背景……………………………………………………...…1
1.2薄膜量測相關研究…………………………………………...…2
1.3表面形貌…………………………………………………….…..7
1.4表面型貌相關研究探討(典型儀器)……………………………8


第二章 背景知識與實驗架設
2.1麥克生(Michelson)干涉儀……….……………………………12
2.2表面形貌量測系統……………………………………….....…14
2.3薄膜量測系統…………………………………………….....…17
2.4儀器介紹…………………………………………………….…18

第三章 理論與實驗方法
3.1 Fresnel方程式……………………….……………….……..…23
3.2多重反射與入射後的偏振態…………………………….....…26
3.3薄膜量測理論……………………………………………….....30
3.2分析與相位補償…………………………………………….…32

第四章 結果與討論
4.1 表面形貌量測……………………………………………...…36
4.2 薄膜量測…………………………………………………...…38

第五章 結論與未來展望…………………………………………..…..41
第六章 參考文獻………………………………………………………42
圖索引
第一章
圖1.1 橢偏儀的基本設置……………………………………………….3
圖1.2 薄膜量測儀(上)及其架構圖……………………………………..5
圖1.3 n(��)與�� (��)………………………………………………………6
圖1.4 凡德瓦力………………………………………………………...10
圖1.5 接觸式AFM示意圖………………………………………….…11
圖1.6 非接觸式AFM示意圖……………………………………….…11

第二章
圖 2.1 麥克生干涉儀……………………………………………….…12
圖 2.2 單干涉儀系統…………………………………….……………14
圖 2.3 PZT的不穩定現象量測…………………………………....…15
圖 2.4 雙干涉儀系統………………………………….………………16
圖 2.5 補償PZT不穩定現象的量測……………………………….…16
圖 2.6 雙干涉儀薄膜量測系統………………………………….……17
圖 2.7 PZT的遲滯現象………………………………………………19
圖 2.8 PZT的潛變對定位系統的影響………………………...….…19
圖 2.9 描述p-n型半導體基本架設圖……………………………...…20
圖 2.10 系統偵測器二極體材料(silicon)反應響應與波長之關係…..22

第三章
圖 3.1 薄膜中的多重反射………………………………...…………..26
圖 3.2 樣品相鄰兩點干涉訊號模擬…………………...……………..33
圖 3.3 薄膜量測方法………………………………………………….34

第四章
圖 4.1 材料表面圖像………………………………………………….37
圖 4.2 I┴/I∥–Thickness…………...………………………………….....38
圖 4.3 I┴ Phase shift–Thickness…………………...……………….….38
圖 4.4 I∥ Phase shift–Thickness…………………………...……….….38
圖 4.5 Refractive index–Thickness…………………………………….39

表索引
第一章
表 1.1 各種顯微術的比較……………………………………..……….7
1. 李正中, 薄膜光學與鍍膜技術, 藝軒書局出版社, 1999。
2. Dominic F. Murphy and Do´nal A. Flavin, "Dispersion-insensitive measurement of thickness and group refractive index by low-coherence interferometry," Appl. Opt. 39, 4607-4615 (2000).
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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