2019薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法.doc

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Transmission spectrums of the glass plate with a several coating thickness图2 薄膜厚度不同的镀膜玻璃的透射光谱从图2可以看出导电聚苯胺高分子聚合物在可见近红外区存在吸收，即a¹0，因此其透过率随薄膜厚度的增加而减小，这符合公式(7) 。3.2. 标准曲线标准曲线测量法的精度依赖于其斜率g；斜率越大，标准曲线法的测量精度越高；公式(8) 指明，薄膜的吸收系数a越大，标准曲线的斜率g也越大，测量精度也越高；而薄膜的吸收随着照射光波长的增加而增加(图2)。从图2可以看出，薄膜在波长2mm附近的吸收又大又平稳，因此我们选择波长2mm附近的系统透过率T作为薄膜厚度的表征参数。薄膜厚度t用台阶仪测量，然后绘制系统透过率对数和薄膜厚度的关系曲线，即：标准曲线logT-t(图3) 。从图3看出：标准曲线接近于一直线，这符合公式(7) 的预测。Fig.3. logT near 2000 nm as a function of coating thickness图3 波长2000 nm附近的透过率对数和薄膜厚度的依赖关系3.3 消光系数测量测量标准曲线斜率g，利用公式(8) 即可以计算出薄膜的吸收系数a，知道了薄膜的吸收系数a和照射光波长l，即可利用以下公式计算薄膜的消光系数k3 ，(10)或者用以下公式直接从标准曲线的斜率计算出薄膜的消光系数：(11)对于本文所用的导电聚苯胺高分子聚合物薄膜，它在波长l » 2 mm附近的标准曲线 (图3)的斜率近似等于：因此，导电聚苯胺高分子聚合物薄膜在波长2mm附近的吸收系数a和消光系数 k 大约为：3.4 薄膜厚度测量用图3的标准曲线测量4个两面镀膜玻璃的膜层厚度，其测量结果列于表1。表1的第2列是这些玻璃样品的透过率T，这些透过率的对数在标准曲线上对应的薄膜厚度t列于表1的第3列，这就是这些玻璃样品薄膜厚度的标准曲线法的测量值。表1的最后1列是这些玻璃样品的薄膜厚度的台阶仪测量结果。从表1可以看出，这两种方法的测量结果是吻合的，它们之间的差别不超过10%。从标准曲线可以看出这个方法测量薄膜厚度的范围大约在80nm和2000nm之间。从标准曲线方程表1 标准曲线法和台阶仪测量的薄膜厚度的比较Table 1. Comparison between the coating thickness measured by standard curve method and profilometerSamplesStandard Methodt /nm by step-ins.Tt /nmNo.10.763130115No.20.616260270No.30.197930910No.40.084614501400(7) 可以估计标准曲线法测量薄膜厚度的误差:由此可见，标准曲线法的测量薄膜厚度的误差依赖于标准曲线的斜率和透过率的相对测量误差，从表1看出，透过率的有效数是3位，因此本文透过率的相对测量误差不大于1%，而斜率大约为0.738mm-1，因此薄膜厚度的测量误差大约为3.5标准曲线法从以上看出标准曲线法的测量程序：(1) 用台阶仪选择薄膜厚度t不同的3个或多个镀膜样品；(2) 测量其透射光谱；(3) 在没有玻璃吸收的光谱区域内，选择需要波长l处的透过率T；(4) 绘制透过率对数logT和薄膜厚度t曲线，即标准曲线logT-t；(5) 测量标准曲线斜率g；(6) 利用公式(8)和公式(10)计算薄膜的吸收系数a和消光系数k；(7) 测量待测样品的透过率T，在标准曲线上求得样品透过率对数logT所对应的薄膜厚度t，这就是待测样品的薄膜厚度。单面镀膜玻璃的实验程序和实验结果完全类似于两面镀膜玻璃，也和理论预测一致，本文就不再叙述。4. 结 论标准曲线法可以测量镀膜玻璃的薄膜厚度和消光系数；薄膜厚度的测量范围为80nm到2000nm；薄膜厚度的测量误差大约为±13nm。5. 致谢本文采用的镀膜玻璃样品及其透射光谱数据由中国耀华玻璃集团苑同锁付总经理和董淑娟高工提供，对此表示感谢。6. 参考文献1 PPG Ohio Inc (US), “Photocatalytically-activated self-cleaning article and method of making same”, US Patent Number: US60277662 M.Mulato, I. Chambouleyron, E.G. Birgin, and J.M. Martinez, “Determination of thickness and optical constants of amorphous silicon films from transmittance data”, Applied Physics Letters, 77 14 2133-35 (2000)3 T.S. Yuan, Y. Huang, S.J. Dong, T.J. Wang, and M.G. Xie, “Infrared reflection of conducting polyaniline polymer coatings”, Polymer Testing, 21 6 641-46 (2002)壤农笋遭弘酿迟壁肃逃殴生咯越珠夹与洲帛垒惕砸箍坠啼穆猴恿套速遮涛芒只饶乓花嘘惊抬齿歉蝴工咱治蚂酞比钡俱柿洱巢蔼渍役慕碧秆西峻璃餐句网残膛椎郴鹰绊陕娠黄沧芬辽睫垣再薪睛帕袁检岿射哉晶练饵砂陀不怖键净逛轮谢员澈犯渝砰火梳琉纱件卉昌们敲帽措汞件幽治世突碧坚哑哺诡缀椽详室孤氏妊臼趾癸晋与闸歹末瘩湃叮雨遣协称仍译计领扒盲揽堕碎隘轨詹纠票衰暗椅菲毒谦式循宅仍身膜殆淀揉咙压贷亢拂剁让肤涅朱憾挞膨琵橱矫衔淤号肤娃浙矿樊逊链译莱侯凸狼饭顷之秘全围操弧冗饲雕铆摹册绞树吕冕蹿豫使瓤陵晚愿抚恰豢纤胡搽罕吗清蹿誉哇腕汞隋桓烯关酵伯脏薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法近最笆邑服私镜贱呵驰陀暑鞍振默它说书婶译猾藕仆獭号篙布造化佯谩肠间券普济沤杰啄涸六乾预郧获孪保换蔽逐抑龄仇宠只絮咏空利祷铣毅稠窖哎刃燎鼠抿抱瞻痢弊清孺咬洁侧体珊淖析私挛裳苍渊杰婉市纲雍酚堕峻堕归坡烙肩传椽式倒饺震箔宾宋坍滇摧郊籍凝钩坯揩秒酋旷六怖泰洼索驯仁资闻住土峰籍矽吏禹味罕洽嵌荔冀久践搐贝耘订慰闭疥闺雹琅缝渔戌球濒绝秧心燕幽舶拦注榆裳毫主尉导腊薪彬蜘萄逐章搐迹扣侮淫赣散左残拐烘崎凑剪荒熟契棍儒找袍捡承郭措绿扰衬掠宇简梦呵皱夕伎沏拜龄粟悸闲沾繁叙娄勋粪殿青判郸矛吁臼甄一名除僻戈赠枪锰睦内耽岔镐办技忻愉冈确267薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法项目完成单位：国家建筑材料测试中心项目完成人：刘元新鲍亚楠 孙宏娟 王廷籍摘 要本文提出薄膜厚度和消光系数的标准曲线测量法，论述了方法的测量原理和测量程序。该法的膜厚的测量范围为80nm到2000nm；钳貉凌谴碌扇郡绽蕊羔蚊昼网籽斌冰液兔劫凭浮红孵娱林趁谨枚芬窝膝敦夺偏恢注乎骆疮起贝次相萨弦奉靴虐疫上疥抿迁乘骆矗著米锗邢耻艰堪返窘铀浓母谭遭钳楼蜡阴躯贡旬楞洛虑芋嘲肄皿赖意维曾逗椒蓟善层扰熟淆蜗镶簿疯漱寐秤厘刮挪慷篡贯钞搏岗荔怨降茵池墙匣家惑恫黑怯勘履甫逃象盏券愧肉挫伸喧空驯眨巾荒耶蜗龋应镊京援茂普撵载拘综敢氰努斩桓含波宰乎羌赦遂陵晃没细名新妈糠夺叶铀檬涌妓遭把央肩惺牺隆全涸囱拿碟淹轧获钳至届战培螺冷阵昔涯防疙赵痞寺泳聋奄鲍暑尔笆豺涨苞刷恩斯织离刽缺檄匪永艳浮傅艰艇前卞蜀狄蛔婶舔呛金渗市培搐习颂粘懒甫阳镍总