化工儀器網
技術文章
使用Cary 7000 全能型分光光度計研究絕對鏡面反射的角度關系
閱讀：1137 發布時間：2022-7-6前言表征光學樣品的一個常見方法是以單一入射角度 (AOI) 測量其反射或透射特性。但是，如果以多 AOI 測量反射和/或透射能得到更完整的樣品表征，可以更深入地了解樣品的光學性質。本應用簡報介紹了 Cary 7000 全能型分光光度計 (UMS) 如何快速、自動地測量多 AOI 的絕對鏡面反射， 也展示了三維 (3-D) 圖和二維 (2-D) 等高線圖進行數據可視化的價值。
實驗部分樣品樣品是一個直徑為 200 mm，厚度為 0.80 mm 的大硅片。拋光后的前表面涂有光學涂層。表 1 列出了樣品和采集條件。儀器使用 Cary 7000 UMS 采集數據，它是一款高度自動化系統，可在可變角度測試樣品的絕對鏡面反射和透射。有了Cary 7000 UMS，操作者可獨立、電動控制照射樣品的入射角和檢測器的位置，檢測器可圍繞樣品的弧形軌跡自由旋轉。獨立控制樣品旋轉角度和檢測器位置，可實現快速、準確和無人值守的測量。過去，反射率和透射率的測量需要使用安裝不同附件的分光光度計。但是，由于不同測量模式（附件）下照射光束的幾何形狀會發生變化，以及照射到樣品的光束會發生移動，這就導致每次測試的樣品區域會有差別。
如果薄膜沉積過程中薄膜厚度不均勻，那么反射率和透射率測量會受到影響。隨著 Agilent Cary 7000 UMS 的誕生，現在無需移動樣品便可在樣品的同一個位置測量透射率和反射率，有效解決了偏差來源。
測量測量 AOI 為 6° 到 86° 的鏡面反射，增量為 1°。通過自動轉動的線柵偏振器控制照射到樣品的入射光偏振。測量了 s 偏振和 p 偏振光的反射。使用 Cary WinUV 軟件方法編輯器設置采集條件。采集全部數據序列之前，只需測量兩條基線，一條用于 s 偏振，另一條用于 p 偏振。這兩條基線用于所有角度的測試，軟件可在單一采集圖譜中采用合適的基線。相比之下，其它系統要采集每個角度的每個偏振基線，顯著增加了采集的總時間。兩條基線采集完畢后，該系統可完成整個數據的自動采集。正如前面提到的，大硅片的直徑可達 200 mm。Cary 7000UMS 設計為可容納直徑為 275 mm 的樣品，能檢測非常高的掠入射角。可在接近 90° 的角度測量最大允許尺寸的樣品，而不會使入射光從樣品上“脫落"。
結果和討論鏡面反射圖 2 顯示了 s 偏振光入射角度為 6° 到 86°，增量為 1° 的絕對鏡面反射譜圖。p 偏振光也能得到相似譜圖（文章中未給出）。分析數量如此龐大的光譜圖是一項嚴峻的挑戰。圖 3 和圖 4 分別是 Scilab 軟件生成的、同一組數據的二維等高線圖和三維圖 [1]。結合微小區域和相關的 %R 值可以看出，反射特性高度依賴于 AOI。
例如，在紅外區域、接近法向 AOI 處，有一個最小區域中心約在 1900 nm 處的寬帶。在更高的入射角（約 70°），最小中心出現在約 1400 nm 處。此外，最小區域很窄，得到的 %R 值也非常接近于零。反射涂層最終能夠使用，需要滿足 AOI、光譜區和 %R 的相關性能要求，而這些測量結果也可反饋到涂層設計上。顯然，僅采用一個 AOI 測量涂層的常規方法不能證實較強的角度關系。
結論經證實，Cary 7000 UMS 可使用 s 和 p 偏振光，在較寬AOI 范圍內自動采集大涂層樣品的高質量光譜圖。測試過程*由軟件控制，一旦樣品安裝完畢，便可進行*自動的數據采集。以寬的波長范圍，寬 AOI 范圍和不同偏振光對樣品進行完整表征，使我們能更深入的了解光學涂層的角度關系。此外，使用三維和二維等高線圖對數據進行可視化，可深入了解光學涂層性能。這些有價值的信息有助于涂層的設計和優化。