[发明专利]一种测量薄膜电导率的方法、装置、计算机设备及介质

说明书

本发明提供了一种利用太赫兹信号测量薄膜电导率的方法、装置、计算机设备以及介质。所述方法包括：计算出理论传输函数的理论幅度值A_theo(ω)与理论相位值θ_theo(ω)；测量实验传输函数的实验幅度值A_exp(ω)与实验相位值θ_exp(ω)；根据理论传输函数和实验传输函数的幅度值和相位值，得到误差函数：对误差函数进行迭代，得到误差函数最小时薄膜样品的折射率n与消光系数k；利用薄膜样品的折射率n与消光系数k计算出薄膜样品的复数电导率。上述方法排除了薄膜近似条件对电导率提取的影响，从而精确得到薄膜样品的复数电导率参数。

技术领域

本发明属于太赫兹信号技术领域，具体涉及一种测量薄膜电导率的方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质。

背景技术

复数电导率是一种材料的自身属性，在材料研究、器件设计与生产中具有重要意义。利用太赫兹时域光谱仪(THz-TDS)测量样品的电导率已经被广泛应用。利用THz-TDS测量样品与参照物的太赫兹时域信号，比较这两个信号傅里叶变换后的频域信号可以计算得到样品的光学参数如复数折射率、复数电导率等。但是对于厚度较低的样品，太赫兹波在薄膜中的法布里-珀罗(FP)反射回波无法排除，因此会对样品光学参数的提取造成干扰。为解决这一问题，部分课题组如L.Duvillaret、I.Pupeza等人提出了一些方法，用于计算光学材料的折射率和吸收系数，但不适用于计算薄膜电导率。

M.Walther、J.L.Tomaino等人提出了利用THz-TDS提取薄膜样品电导率的方法。具体而言，薄膜样品位于具有一定厚度的基底上，利用THz-TDS测量基底(不含薄膜样品)的太赫兹信号得到信号E_sam，在同样条件下测量包含薄膜样品基底的太赫兹信号得到信号E_ref。根据这两个信号得到样品的传递函数：

式中A_exp与θ_exp(ω)分别为传递函数的振幅与相位。在满足薄膜近似条件下：

式中n_thin为样品的折射率，ω为太赫兹波角频率，d为样品的厚度，c为光速。此时薄膜导致的光程远小于太赫兹波长，薄膜导致的相位延迟可忽略。薄膜的复数折射率可根据公式3与公式4薄膜近似公式计算得到：

上式中σ₁与σ₂分别为薄膜样品复数电导率的实数与虚数部分，n_sub为基底的折射率。

然而，现有的薄膜样品复数电导率提取方法需满足薄膜近似条件，只有当样品满足公式2时该方法才有效，从而影响了薄膜电导率计算的准确性，由此计算出的复数电导率与实际值相差甚远，现有方法适用范围受到严重限制。在测量较高频率(频率大于3THz)、或者样品折射率较大时，样品严重偏离薄膜近似条件，利用现有方法得到的薄膜样品复数电导率会有较大误差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种测量薄膜电导率的方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，以解决现有薄膜材料复数电导率计算过程中产生的薄膜近似条件约束限制问题。

本发明其中一实施例提供了一种测量薄膜电导率的方法，包括：

计算不含薄膜样品的基底的理论太赫兹信号E_ref1以及包含薄膜样品的基底的理论太赫兹信号E_sam1；

根据公式：计算出理论传输函数的理论幅度值A_theo(ω)与理论相位值θ_theo(ω)；