《表面電漿共振的橢偏測量與超薄介質層表征》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由方明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：表面電漿共振的橢偏測量與超薄介質層表征
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：方明
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬表面超薄介質層(d＜10nm)的界面性能改進和光學常數的精確獲取對於微電子、光學和空間技術進步有著重要的意義。表面電漿共振和偏振光反射這兩個物理過程對薄膜界面及附近特徵非常敏感，本申請擬集成兩者的優點，運用橢圓偏振位相測量技術精確表征金屬與超薄介質層界面上的表面電漿共振現象。通過搭建彎曲Otto結構的受抑全反射橢偏測試平台，使其適用於觀察和表征超薄固態薄膜界面的表面電漿，實現偏振態信息對界面狀態的高精度、高準確性測試。理論構建表面電漿態對界面介電常數空間分布關係模型及偏振光對表面電漿共振態的回響模型，實現反演運算，提取界面特徵信息，並確保解的準確性和高精度。該工作將結合測試平台，側重從理論方法上建立起高效、無損的超薄薄膜(d＜10nm)光學常數與界面微結構光學表征方法和流程。相關研究結果將推動高精密薄膜元器件的表征與精確控制能力。
結題摘要
金屬表面超薄介質層(d＜10nm)的光學常數精確獲取對於微電子、光學和空間技術進步有著重要的意義。本課題發展電漿共振橢偏技術，採用電漿共振（SPR）增強對超薄膜層光學常數的敏感性，基於橢偏技術提取共振誘導的振幅和相位變化，充分利用SPR和橢偏技術各自優點，提升超薄膜層測試精度。項目組圍繞SPR橢偏技術研製過程中的難點問題，發揮我所在光、機、電一體化優勢，首先從理論上證明了基於SPR橢偏技術對於實現課題指標的可行性。理論結果表明採用SPR橢偏技術後測試精度大幅度提升，對於~8nm超薄金膜，0.1nm的厚度變化對應共振中心波長漂移8nm；1nm厚度變化對應共振中心波長漂移72nm；在1250nm處折射率變化0.05，Delta變化16°，在此基礎上開發了兩類SPR橢偏儀：SPR成像橢偏儀和SPR光譜型橢偏儀。 自主搭建SPR成像橢偏儀，採用傾斜成像技術消除圖像離焦，自準直儀實現樣品重複定位，降低吸收提升光束功率穩定性，基於光柵尺反饋精確控制測試角度，搭建的成像橢偏儀測試結果與標準橢偏儀吻合，在此基礎上嵌入Otto結構採用毫米光束激發SPR，獲得橢偏參數隨氣隙厚度的變化曲線，反演獲得光學常數。 在光譜型橢偏儀中嵌入Otto結構，採用微米光束激發SPR，實現SPR光譜型橢偏儀。採用微米光束輻照Otto結構實現百納米級空氣隙厚度調控，獲得橢偏參數隨入射波長、角度的變化曲線，反演獲得光學常數。百納米氣隙厚度的精確調控為此技術工程化實現探索有效途徑。 由此，項目組自主開發了超薄膜層表征方法、平台及數據處理方法，並制定了測試流程。實驗結果表明基於SPR橢偏技術測量超薄膜層（包括厚度小於10nm樣品）的厚度測試精度優於0.1nm，折射率測試精度優於0.05。項目執行過程中共發表論文4篇，其中SCI收錄2篇，國核心心期刊2篇，申請發明專利4項。項目圓滿完成預期成果與技術指標。
