利用吸收法測量薄膜厚度

利用吸收法測量薄膜厚度引言薄膜技術(shù)已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中。薄膜可以提高材料的特殊性質(zhì)、改變表面形態(tài)和電學(xué)性質(zhì)等。因此，如何精確測量薄膜厚度是很重要的。吸收法是一種經(jīng)典的測量薄膜厚度的方法，根據(jù)被測薄膜對光的吸收程度，可以推算出薄膜厚度。該方法適用于一般透光薄膜，例如金屬、半導(dǎo)體、聚合物等材料的薄膜。本文將介紹吸收法測量薄膜厚度的主要原理、測量過程，并舉例說明該方法的應(yīng)用。吸收法測量薄膜厚度的原理吸收法是通過測量薄膜材料對光線的吸收程度，計(jì)算出薄膜厚度的方法。當(dāng)光線穿過薄膜時(shí)，光線強(qiáng)度會隨著薄膜厚度的增加而減弱，由此得到一個(gè)光強(qiáng)度與薄膜厚度的關(guān)系式，該關(guān)系式可以通過反演得到薄膜厚度。其中，可以使用Lambert-Beer定律來描述薄膜的光吸收過程。假設(shè)薄膜表面的光通過薄膜后，其衰減指數(shù)與薄膜的厚度成正比，衰減指數(shù)對厚度取決于薄膜的吸收系數(shù)。則薄膜的光傳遞與吸收關(guān)系可表述為：I=I0e^(-αd)其中，I0為入射光強(qiáng)度，I為出射光強(qiáng)度，α為薄膜材料的吸收系數(shù)，d為薄膜的厚度。測量步驟1.準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材：需要安裝光源（如白熾燈）、樣品支架和光電探測器；2.在樣品支架上固定被測薄膜，并對薄膜表面進(jìn)行清潔處理，將其暴露在光源下；3.將光電探測器置于薄膜的另一側(cè)，并通過接口得到數(shù)據(jù);4.然后采集數(shù)據(jù)，記錄光電探測器讀數(shù)，即出射光(I)。5.在保持其他條件不變的情況下，移動光源和光電探測器，測量多組數(shù)據(jù)；6.計(jì)算吸收系數(shù)α：由于一般薄膜透光透射率T很低，因此有I≈I0和α≈T/d。7.根據(jù)吸收系數(shù)計(jì)算薄膜的厚度d。實(shí)例以下是一個(gè)實(shí)例演示了通過吸收法測量鈣鈦礦太陽能電池薄膜厚度的過程。1.實(shí)驗(yàn)器材該實(shí)驗(yàn)使用了150-W白熾燈、樣品支架，以及杜邦3705光電探測器等設(shè)備。2.樣品制備鈣鈦礦薄膜均勻地涂覆在玻璃基板上。3.操作步驟①將樣品放在樣品支架上，并將樣品舉在白熾燈下，然后讀出光電探測器的數(shù)據(jù)。②重復(fù)試驗(yàn)，移動白熾燈和光電探測器，以獲得更多的數(shù)據(jù)。③使用多項(xiàng)式擬合算法來處理并繪制出數(shù)據(jù)曲線。④使用Lambert-Beer定律計(jì)算薄膜的吸收率和厚度。4.結(jié)果使用該方法計(jì)算出鈣鈦礦太陽能電池的薄膜厚度約為250nm。結(jié)論吸收法是一種經(jīng)典的測量薄膜厚度的方法，其原理基于樣品的吸收系數(shù)是薄膜厚度的函數(shù)。該方法可以用于測量一般透明薄膜（如金屬、半導(dǎo)體、聚合物等材料