探秘光学膜厚仪：原理大揭秘

在光学检测领域，航鑫光电的膜厚测量仪凭借其先进的技术和广泛的应用，占据着举足轻重的地位。该测量仪基于光干涉与光谱分析原理，是一款具备高精度检测能力的设备。

技术本质：三大技术路线解析光谱椭偏（Spectroscopic Ellipsometry, SE）

光谱椭偏技术通过精确测量偏振光反射后的幅比和相位差，来获取薄膜的折射率（n）、消光系数（k）以及厚度（d）。其核心在于利用偏振光与薄膜的相互作用，分析反射光的偏振状态变化。

常用的色散模型如 Cauchy、Sellmeier、Tauc - Lorentz、Drude、Forouhi–Bloomer 等，可联合拟合层系模型，从而同时求得膜厚、折射率和消光系数。

光谱反射 / 透射（Spectral Reflectometry / Transmittance, SR/ST）

这是生产线检测与研发快速筛选中最常用的光学膜厚测量手段。它基于多层薄膜干涉原理，分析样品的反射或透射光谱随波长变化的振荡模式。每一薄膜层的光学行为由其复折射率 N = n - ik 与厚度 d 决定。对于多层系统，采用传输矩阵法（TMM）计算整体反射率 / 透射率。在数据特征方面，透明膜谱线存在清晰振荡，周期与膜厚成反比；吸收膜 / 金属膜振荡衰减或消失，需引入复折射率模型拟合；多层膜会出现叠加振荡或拍频结构，通过全谱拟合区分各层厚度。光谱分析算法包括 FFT 快速频谱法、谱模拟拟合法和光谱包络法等。

白光干涉 / 共焦色散（WLI / Confocal Dispersive）

该技术通过光程差干涉实现厚度或台阶测量。当光照射到薄膜结构上，部分光在膜表面反射，部分透射并在界面反射后返回，二者叠加产生干涉。干涉条纹周期与薄膜的光学厚度 n(λ)⋅d 有关，谱线振荡周期反映膜厚，振荡幅度与折射率梯度相关。

行业应用：多领域的广泛覆盖

航鑫光电的膜厚测量仪应用范围极为广泛，涵盖了半导体、显示、光学镀膜、光伏、硬质涂层、聚合物、微流控、传感器、纳米薄膜、生物医学等众多领域。

半导体 / 显示领域

可精确测量 SiO₂、SiNₓ、ITO、光刻胶、OLED 层等膜厚，为半导体和显示器件的制造提供关键的质量控制数据。

光学镀膜领域

用于 AR/HR 镀膜的多层膜厚控制与设计验证，以及多腔滤光片、红外反射膜的检测。同时，可对玻璃镀膜 / ITO / SiO₂ 进行透射谱分析，实现快速 QC。

新能源领域

在新能源领域，可检测钙钛矿、CIGS、透明导电膜等膜厚，如在薄膜太阳能中测量钙钛矿或 a - Si 光吸收膜厚，助力新能源技术的发展。

机械 / 刀具领域

能够测量 TiN、DLC、CrN 等硬质涂层的厚度，确保刀具等机械部件的性能和质量。

聚合物 / 包装膜领域

可进行防护涂层、阻隔层厚度监控，以及聚合物膜的厚度均匀性与固化监控，保障产品的质量和性能。

在线监测领域

反射型膜厚传感（分光式）可用于工艺反馈，实现实时监测和控制。

技术优势：卓越性能的体现仪器组成与功能

光源：采用卤钨光源，也可根据需求选择氙灯、LED 或超级连续谱光源（190–2500 nm），提供了多样化的选择。

入射模块：包含透镜 / 光纤 / 偏振器（SE 型），确保光的准确入射和传播。

样品台：配备多角度旋转平台或自动映射台，方便对不同角度和位置的样品进行测量。

探测系统：由光谱仪 + 阵列探测器（Si, InGaAs）组成，能够高效准确地探测光信号。

参考标准：有 SiO₂/Si 膜厚标样、反射率标镜，为测量提供准确的参考。

软件模块：航鑫光电的 OPTICAFILMTEST 光学膜厚测量软件采用 FFT 傅里叶法、极值法、拟合法等多种高精度算法，包含类型丰富的材料折射率数据库和开放式材料数据库。该软件能有效地协助用户进行测试分析，测量期间能实时显示干涉、FFT 波谱和膜厚等趋势，同时具备光学模型库、算法拟合、色散模型、多层结构管理等功能。

其他优势

样品测量优势：能对样品进行非接触式、无损测量，避免对样品造成损伤。在样品准备与装夹方面，只需进行简单的清洁和处理，如清洁表面油污、颗粒与氧化物，对透明基底贴黑膜防背反等。

测量流程规范：建立层系模型（空气/粗糙层/膜层/基底），设定波段、积分时间、角度，实测反射或透射谱，用色散模型拟合，检查残差（MSE），优化参数，多点测量生成厚度均匀性图，确保测量结果的准确性和可靠性。

数据分析全面：包含干涉周期法、色散模型拟合法、EMA 粗糙层、多层膜求解等多种方法，能够对测量数据进行全面深入的分析。

报告内容详细：报告包含样品与工艺说明、测量参数、光学模型与色散方程、膜厚与折射率结果、光谱拟合曲线与残差、均匀性分布图等详细信息，为用户提供全面的测量报告。

精度与重复性高：薄膜重复性 ≤0.3 nm，虽存在系统误差，但可通过周期性标样校准 + 多角度/多波段联合测量来减小误差，确保测量结果的高精度和重复性。

误差规避能力强：针对背面反射可贴黑膜或采用楔形基底；粗糙 / 吸收膜可引入 EMA 或复折射率模型；曲面样品可采用显微或共焦型系统；多层耦合可固定部分参数或联合椭偏测量，有效规避各种误差。

综上所述，航鑫光电的膜厚测量仪凭借其先进的技术、广泛的应用和卓越的性能，在光学检测领域具有重要的地位和价值，为各行业的薄膜测量和质量控制提供了可靠的解决方案。

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