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金属氧化物薄膜光学常数计算物理模型应用研究
  • ISSN号:1000-0593
  • 期刊名称:《光谱学与光谱分析》
  • 时间:0
  • 分类:O484.4[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]天津津航技术物理研究所,天津市薄膜光学重点实验室,天津300192
  • 相关基金:国家自然科学重点基金项目(61235011),国家重大科学仪器专项子项目(2012YQ04016405),天津市自然科学基金项目(10JCYBJC01500),天津市自然科学青年基金项目(12JCQNIC01200)资助
中文摘要:

采用离子束溅射(IBS)方法制备了 HfO2和 Ta2 O5两种金属氧化物薄膜,通过测量薄膜的椭偏参数,使用非线性最小二乘法反演计算获得薄膜的光学常数。在拟合过程中,采用L8(27)正交表设计了8组反演计算实验,在初始选定Cauchy模型后,对 HfO2薄膜拟合影响最大的为表面层模型,对Ta2 O5薄膜拟合影响最大的为折射率梯度模型。确定了不同物理模型对拟合函数MSE的影响权重和拟合过程中模型选择的次序,按照确定的模型选择次序拟合,最后加入弱吸收模型反演计算两种薄膜的光学常数,反演计算的MSE相对初始MSE可下降79%和39%,表明拟合过程模型选择物理意义明确,具有广泛的应用价值。在500 nm处,Ta2 O5薄膜的折射率梯度大于HfO2薄膜,而HfO2薄膜消光系数大于Ta2 O5薄膜。表明 Hf金属与Ta金属相比容易氧化形成稳定的氧化物,HfO2薄膜的吸收要高于Ta2 O5薄膜。

英文摘要:

In the present paper ,two metal oxide films of HfO2 and Ta2 O5 were prepared by ion beam sputtering technology . Through measuring ellipsometric parameters of HfO2 and Ta2 O5 films ,their optical constants can be inversion-calculated by non-linear least squares techniques .In the fitting process ,eight experiment groups were arranged by the orthogonal table L8 (27 ) . After selecting Cauchy model ,the largest influencing factor for fitting optical constant of HfO 2 is surface layer model and the lar-gest influencing factor for fitting optical constant of Ta2 O5 is refractive index gradient model .The impact of different physical model on MSE and the order for selecting model in the fitting process are determined .According to the selecting model and the determined fitting order ,optical constants of the two metal oxide films were inversion-calculated with adding weak absorption model ,and the obtained MSE can descend 79% and 39% according to the initial value .The results indicated that the selecting model possesses definite physical significance in the fitting process .The obtained method can be applied in inversion-calculating many metal oxide films with weak absorption .It has wide application value .At 500 nm ,the refractive index gradient of Ta2 O5 films is greater than HfO2 films ,while the extinction coefficient of HfO2 films is greater than Ta2 O5 .It was shown that Hf met-al is easier to form stable oxide than Ta metal .And the absorption of HfO2 films is larger than Ta2 O5 films .

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期刊信息
  • 《光谱学与光谱分析》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国光学学会
  • 主编:高松
  • 地址:北京海淀区魏公村学院南路76号
  • 邮编:100081
  • 邮箱:chngpxygpfx@vip.sina.com
  • 电话:010-62181070
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-0593
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2200/O4
  • 邮发代号:82-68
  • 获奖情况:
  • 1992年北京出版局编辑质量奖,1996年中国科协优秀科技期刊奖,1997-2000获中国科协择优支持基础性高科技学术期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国生物医学检索系统,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:40642