研究人员使用白光反射光谱快速分析薄膜厚度

发表在Micro上的一项研究讨论了白光反射率光谱学作为一种光学方法，用于快速，准确和无损地测量微电子，生物分析，光子学和包装应用的薄膜。

研究：通过白光反射光谱（WLRS）对选定类型的薄膜和其他层进行无损表征。

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薄膜包衣的意义

薄膜涂料已经对我们的日常生活至关重要，它们对新兴产品和技术的影响可能会越来越大。因此，以合理的价格批量生产这些薄膜，同时控制其独特的性能至关重要。每层薄膜的化学和物理特性决定了其表征和应用领域。目前已经开发出几种表征薄膜特性的方法，并且可以在商业上获得。厚度是任何薄膜的基本属性之一，范围从毫米到纳米尺度。由于薄膜的生物分子相互作用，溶解和玻璃化转变，它可以随时间而变化。薄膜的厚度通常对其特性有重大影响。例如，随着薄膜厚度的增加或减少，涂层-基材界面可能会受到薄膜结构变化的影响。因此，采用能够以非接触和非破坏性方式测量薄膜厚度并快速提供精确结果的技术至关重要。

什么是白光反射光谱？

白光反射光谱是基于所考虑的样品的反射与宽带光束，高分辨率光谱分析反射光并使用合适的模型和快速算法进一步拟合。从基板表面反射的光与样品膜一起在可见光谱中将至少有一个干涉条纹。此外，白光反射光谱采用硅衬底（具有/不具有石墨烯片配置）作为反射介质。由于这些原因，WLRS在当今测量薄膜或表面涂层厚度的主流微电子应用中更受欢迎。此外，白光反射光谱方法可用于多层样品的实时监测，而无需更换光学元件，从而降低了设置的额外成本和复杂性。

使用白光反射光谱测量薄膜厚度

测量系统包括三个主要组件：光源、反射探头和光谱仪。光源与反射探头相连，位于分析材料的上方，并以90°照明。由于各种折射率，落在空气 - 样品界面上的一部分光被反射，而其余部分在被表征的样品中传播;当光线到达基底 - 薄膜界面时，也会发生同样的情况。部分透明和超厚的薄膜吸收通过它们的光。从基底 - 薄膜接触反射的相当一部分光到达空气 - 薄膜界面并转移到空气中。反射探头的另一端收集所有反射光并将其发送到光谱仪进行检查。

研究的重要发现

白光反射光谱是一种准确、快速、经济高效且无损的方法，用于在静态和动态设置中表征厚膜和薄膜。它可以测量从1 nm到1 mm的薄膜厚度。测量设置紧凑，用户友好，光斑尺寸小。白光反射光谱可以表征超厚和超薄膜，透明薄膜和基板以及多层复合薄膜。此外，它还可以精确表征在光滑的半透明表面上产生的超薄电介质层。在具有不同光学性质的多层中，白光反射光谱方法可以同时测量相邻层的各个厚度。白光反射光谱技术可同时测量薄膜厚度和折射率。对于此类测量，基板和薄膜必须光滑，并且薄膜厚度必须足够。使用适当的折射率模型确定薄膜的折射率色散。白光反射光谱是实时监测生物分子相互作用的有效工具。此外，其无标记检测在生物分析应用中非常有吸引力。

参考文献

Goustouridis, D., Raptis, I., Mpatzaka, T., Fournari, S., Zisis, G., Petrou, P., & Beltsios, K.G. (2022). Non-Destructive Characterization of Selected Types of Films and Other Layers via White Light Reflectance Spectroscopy (WLRS). Micro. https://www.mdpi.com/2673-8023/2/3/31/htm