[实用新型]薄膜厚度测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及薄膜厚度测量领域，特别涉及利用迈克尔逊干涉原理测量薄膜的装置。

背景技术

对于薄膜厚度的测量问题是工业、工程等领域经常面临的一个问题。在以往的实验测量中要求薄膜本身具有很高的反射率或者将薄膜与反射率很高的元件连在一起实现反射，或者要求薄膜有很高的透射率。这样除了带来操作上的繁琐外，对所测薄膜的性质有额外要求，适用性较差，而且测量精度低。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种适用范围广、操作简单、测量精度高的薄膜厚度测量装置。

为实现上述目的，本实用新型的薄膜厚度测量装置，包括光源、迈克尔逊干涉仪和压力传感器，迈克尔逊干涉仪的可移动反射镜的背面设置有一支杆，所测薄膜夹持在支杆和压力传感器之间；压力传感器用于测量可移动反射镜移动过程中压力变化；光源发出的光束经迈克尔逊干涉仪产生干涉条纹，通过可移动反射镜在不同位置干涉条纹变化的数目和光源的半波长，得到所测薄膜的厚度。

本实用新型的薄膜厚度测量装置根据干涉条纹变化的数目和光源的半波长计算得到可移动反射镜的移动距离，从而得出薄膜的厚度。与现有测量薄膜厚度装置相比，本实用新型能够实现对不同透射率、不同反射率薄膜的测量，以及在形态上容易变形的薄膜的测量，可测量薄膜种类更为广泛，且测量精度高。

附图说明

    图1为本实用新型测量装置的示意图；

图2为所测薄膜放置位置示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型测量装置包括连续激光器101，迈克尔逊干涉仪和数字压力传感器107。其中所述激光器为He-Ne连续激光器，迈克尔逊干涉仪包括扩束镜102、分束片103、光程补偿片104、CCD105、可移动全反镜106和固定全反射镜108，激光器101输出光束后首先由扩束镜102扩束，使得光束直径均匀变大。分束片103将光束分为两束，分别达到两端的全反镜106、108。为了使分束后两束光的光程相等，加入了光程补偿片104。两束光干涉后的干涉条纹经聚焦镜109由CCD105记录。可移动全反镜106的背部固定连接一刚性支杆110。支杆110与压力传感器107的刚性触头的接触紧密程度是由传感器上的压力数字显示出来。可移动全反镜106移动的距离即光程的改变量等于干涉条纹变化的条纹数目与激光半波长的乘积。

具体测量过程为：如图2所示，首先将被测薄膜放于全反镜106与压力传感器107之间，轻轻调节全反镜106的前后位置，使压力传感器显示的压力最小。然后将被测薄膜取走，向压力传感器107方向移动全反镜106，直至压力传感器107再次显示的压力最小。全反镜106移动的距离即被测薄膜的厚度等于CCD105记录的干涉条纹变化的条纹数目与激光半波长的乘积。

对于本领域的技术人员应该理解，本发明中的激光器仅作为光源，提供发生干涉的光束，其它能够提供单色光的光源也可使用；所述的数字显示压力传感器作为衡量压力程度的一种工具，其它能够感知压力变化的元件也可使用。

为了验证本实用新型的效果，对本实用新型的薄膜厚度测量装置进行了简单的原理性实验验证。

功率为10mW、波长为632.8nm的氦氖激光提供光束产生干涉条纹。全反射镜106后连接的刚性支杆110与压力传感器107的刚性触头接触，压力传感器的最小分辨率为0.01N。被测薄膜采用的是普通的A4纸200。压力传感器107在测量过程中始终是固定的。当移动与全反镜相连接的刚性支杆110挤压A4纸200，使压力传感器107显示最小压力时，停止移动刚性支杆110，这时将A4纸200取走，并在CCD 105上开始对干涉条纹的变化数目记录。继续移动刚性支杆110，当再次与压力传感器107相接触并显示最小压力时停止移动。根据CCD上干涉条纹变化的数目与入射激光半波长316.4nm的乘积获得A4纸的厚度。实验测量8次取平均值以减少误差。由此得到A4纸的厚度为88.91μm。另外，在不考虑纸张均匀性的情况下，我们对1000张纸用游标卡尺进行了厚度测量，获得每张纸的平均厚度为90.49μm，二者的误差为1.75%。另外，将光源的波长改为532nm，这样获得A4纸的厚度为89.38μm，与90.49μm相比，二者的误差为1.23%。上述结果均说明了采用本实用新型装置带来的有益效果。

该实验装置适用于微米级的薄膜测量，如果薄膜太厚，产生的干涉条纹的数目越多，产生误差会较大。同时受激光波长本身的限制，对于纳米量级薄膜的测量误差也较大。

尽管参照上述的实施例已对本实用新型作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解可以基于本实用新型公开的内容进行修改或改进，并且这些修改和改进都在本实用新型的精神以及范围之内。