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研究生:陳信均
研究生(外文):Sin-jyun Chen
論文名稱:反射式光譜儀進行薄膜量測之研發
論文名稱(外文):Develop reflective spectrometer for thin film measurement
指導教授:高清芬
指導教授(外文):Ching-fen Kao
學位類別:碩士
校院名稱:明道大學
系所名稱:光電暨能源工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:42
中文關鍵詞:多光束干涉反射式光譜儀薄膜
外文關鍵詞:reflective spectrometermultiple beam interferencethin film
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本研究之目的是研發反射式光譜儀進行薄膜量測,實驗架構使用反射式光譜儀,利用光在薄膜上下表面之間產生多光束干涉的現象,取得干涉後的反射光譜,再將已知的薄膜光學常數和反射率曲線輸入自行撰寫的程式進行曲線擬合,取得初步薄膜厚度,此時的薄膜厚度會因為光學常數的正確與否產生誤差,必須經過多次反覆曲線擬合來修正折射率,使擬合的曲線與實驗的反射率曲線更加密合。
本研究使用鍍在Si基板的SiO2薄膜,設計值厚度為 930.4 ± 10 nm,以修正後的折射率擬合的厚度為 931.2 nm,精確度到達 1 nm。
The purpose of our work was to develop a reflective spectrometer for thin film measurement. The multiple beam interference was produced by the reflective light of thin film top-surface and under-surface. After the reflective spectrum was obtained, we design a program to analyze it and to obtain the initial thickness of the thin film. The inaccuracy of the initial thickness is produced by the error of the optical constant. We have to curvefit optical constant of thin film several times and fix it. Therefore, the curvefit curve is closed to reflectance curve.
We use the SiO2 thin film on Si substrate. The thickness of SiO2/Si standard piece is 930.4 ± 10 nm. Using the revisionary of the optical constant to curvefit, in conclusion the thickness is 931.2 nm. And the accuracy is 1 nm.
目錄
致謝.....................................................Ⅰ
摘要.....................................................Ⅱ
Abstract..................................................Ⅲ
目錄.....................................................Ⅳ
圖目錄...................................................Ⅵ
符號說明.................................................Ⅷ
第一章 緒論...............................................1
1.1研究動機與目的.........................................1
1.2文獻回顧...............................................2
第二章 基本理論與原理.....................................4
2.1單界面的反射與透射.....................................4
2.2垂直入射...............................................6
2.3單層膜的反射與透射.....................................8
2.4曲線擬合..............................................13
第三章 實驗介紹與步驟流程................................14
3.1實驗架構..............................................14
3.2實驗步驟..............................................15
第四章 實驗結果與討論....................................17
4.1 TiO2/Si................................................17
4.1.1 TiO2/Si的反射光譜....................................18
4.1.2 TiO2和Si的光學常數n(λ)、k(λ) ..........................20
4.1.3曲線擬合反射率曲線...................................26
4.2 SiO2/Si標準片..........................................29
4.2.1 SiO2/Si的反射光譜....................................29
4.2.2 SiO2和Si的光學常數n(λ)、k(λ) ..........................31
4.2.3曲線擬合反射率曲線...................................32
4.2.4修正光學常數.........................................34
第五章 結論與未來展望....................................39
5.1結論..................................................39
5.2未來展望..............................................40
參考文獻 ...............................................41






圖目錄
圖2-1 電場方向符號規範....................................4
圖2-2 光波由介電質N0入射至介電質N1.......................5
圖2-3 光波從介電質0垂直入射至介電質1.....................6
圖2-4 在基板Ns鍍上一層厚度為d、折射率為N之薄膜...........8
圗2-5 單層膜界面a、b的反射與透射..........................11
圗3-1 實驗架構的光路示意圖...............................14
圗3-2 實驗架構實體圖.....................................15
圗3-3 實驗步驟流程圖.....................................16
圗4-1 三個TiO2試片以及其Si基板...........................17
圗4-2 三個TiO2試片以及其Si基板的反射光譜.................20
圖4-3 Si的n(λ)、k(λ)........................................22
圗4-4 第一組TiO2的n(λ)、k(λ)...............................22
圗4-5 第二組TiO2的n(λ)、k(λ)...............................23
圗4-6 第三組TiO2的n(λ)、k(λ)...............................23
圗4-7 第四組TiO2的n(λ)、k(λ)...............................24
圗4-8 第五組TiO2的n(λ)、k(λ)...............................24
圗4-9 第六組TiO2的n(λ)、k(λ)...............................25
圗4-10 第七組TiO2的n(λ)、k(λ)..............................25
圗4-11 第八組TiO2的n(λ)、k(λ)..............................26
圗4-12 TiO2試片與Si基板的反射率曲線......................28
圗4-13 SiO2標準片與Si基板................................29
圗4-14 SiO2/Si標準片反射光譜與Si基板反射光譜..............30
圗4-15 Si的n(λ)、k(λ).......................................31
圗4-16 SiO2的n(λ)、k(λ).....................................32
圗4-17 Si基板與SiO2/Si標準片的反射率曲線..................33
圗4-18 SiO2/Si標準片的反射率曲線做曲線擬合................34
圗4-19 n(λ)=1.3、k(λ)=0曲線擬合SiO2/Si標準片反射率曲線......35
圗4-20 n(λ)=1.45449、k(λ)=0曲線擬合SiO2/Si標準片反射率曲線..36
圗4-21 微調係數B曲線擬合SiO2/Si標準片的反射率曲線........37
圖4-22 n(λ)的修正過程.....................................37
圖4-23 初步曲線擬合的n(λ)與修正後的n(λ)...................38
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