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用于获取百纳米厚度以上硫系薄膜折射率的光谱拟合法
作者: irglass 时间: 2021-09-01 浏览:219 次

       近日,我室研究生毛宁(第一作者)和宋宝安副教授(通讯作者)在光学领域TOP期刊Optics Express上发表了题为“Spectral fitting method for obtaining the refractive index and thickness of chalcogenide films”的论文(ISSN: 1094-4087, 2021, 29(18): 29329-29340, IF= 3.894)。

        硫系薄膜是红外光学器件微型化和集成化的重要载体,由于其优异的红外透过率,较大的三阶光学非线性和良好的光敏性,已广泛应用于光子和相变存储器件等领域。薄膜的折射率和厚度显著影响器件性能,准确获取薄膜的折射率和厚度对于制造高质量器件至关重要。在我们先前的工作【Opt. Express25 (2017) 440–451】中提出了改进的Swanepoel方法解决了吸收区厚度计算值异常问题。但是该方法的计算精度会随着薄膜厚度变小而降低,通常要求薄膜厚度大于0.6 µm才能获得准确的结果,然而很多器件应用中薄膜厚度为百纳米左右。光谱拟合法通过优化透射光谱的理论计算值和实验测量值之间的均方根误差,从而能精确地获得百纳米厚度以上薄膜的折射率。

图1 光谱拟合法获取两块薄膜的折射率和厚度

计算分析了厚度分别为128.46 nm和1000.46 nm薄膜的折射率和厚度,如图1所示。厚度的计算值分别为128.30 nm和999.40 nm,与真实值误差小于0.13%。两块薄膜的折射率误差如图2所示,仅为0.0025左右,与真实值误差小于0.1%。

图2 光谱拟合法获取两块薄膜折射率的误差

        实验制备两块Sb2Se3薄膜,两块薄膜的溅射时间分别为15和100分钟,测量薄膜的透射光谱,使用光谱拟合法获取了两块薄膜折射率,结果如图3所示,透射光谱的整体偏差小于2%,平均偏差仅0.1%、0.6%,折射率率精度优于0.2%。该方法为快速、准确获取各类透明光学薄膜的折射率和厚度提供了新的选择,具有广阔的应用前景。

图3 透射光谱的理论计算值与实验测量值比较