光学显微分析技术精选PPT.ppt

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1、关于光学显微分析技术第1页，讲稿共41张，创作于星期日1 1走进微观世界走进微观世界-显微镜显微镜人眼的最小分辨角；人眼的最小分辨角；1（1分）分）在明视距离在明视距离20cm处，能看到处，能看到0.05mm(50m)张角小于一度的物体，裸眼就难于观测张角小于一度的物体，裸眼就难于观测-微观世界微观世界走进微观世界的工具走进微观世界的工具-显微镜显微镜显微镜提供给观察者一个放大的象显微镜提供给观察者一个放大的象第2页，讲稿共41张，创作于星期日2 2光学显微分析的发展光学显微分析的发展光学显微分析的发展光学显微分析的发展 1515世纪中叶：放大镜（单式显微镜）世纪中叶：放大镜（单式显微镜）世纪

2、中叶：放大镜（单式显微镜）世纪中叶：放大镜（单式显微镜）15901590年荷兰年荷兰年荷兰年荷兰Hans and Zacharias JanssenHans and Zacharias Janssen：复式显：复式显：复式显：复式显微镜微镜微镜微镜 17世纪中叶世纪中叶世纪中叶世纪中叶R.Hooke：设计第一台性能较好的显微镜：设计第一台性能较好的显微镜：设计第一台性能较好的显微镜：设计第一台性能较好的显微镜 Christiaan HuygensChristiaan Huygens：惠更斯目镜：惠更斯目镜：惠更斯目镜：惠更斯目镜 1919世纪德国世纪德国世纪德国世纪德国Ernst AbbeEr

3、nst Abbe阐明光学显微镜成像原理，光阐明光学显微镜成像原理，光阐明光学显微镜成像原理，光阐明光学显微镜成像原理，光学显微镜分辨本领达学显微镜分辨本领达学显微镜分辨本领达学显微镜分辨本领达0.20.2微米理论极限微米理论极限微米理论极限微米理论极限.第3页，讲稿共41张，创作于星期日3 3光学显微镜分类 几何光学显微镜几何光学显微镜几何光学显微镜几何光学显微镜 生物显微镜、落射光显微镜、倒置显微镜、金相显微镜、暗视野生物显微镜、落射光显微镜、倒置显微镜、金相显微镜、暗视野生物显微镜、落射光显微镜、倒置显微镜、金相显微镜、暗视野生物显微镜、落射光显微镜、倒置显微镜、金相显微镜、暗视野显微镜等

4、。显微镜等。显微镜等。显微镜等。物理光学显微镜物理光学显微镜物理光学显微镜物理光学显微镜 相差显微镜、偏光显微镜、干涉显微镜、相差偏振光显微镜、相差相差显微镜、偏光显微镜、干涉显微镜、相差偏振光显微镜、相差相差显微镜、偏光显微镜、干涉显微镜、相差偏振光显微镜、相差相差显微镜、偏光显微镜、干涉显微镜、相差偏振光显微镜、相差干涉显微镜、相差荧光显微镜等。干涉显微镜、相差荧光显微镜等。干涉显微镜、相差荧光显微镜等。干涉显微镜、相差荧光显微镜等。信息转换显微镜信息转换显微镜 荧光显微镜、显微分光光度计、图像分析显微镜、声学显微荧光显微镜、显微分光光度计、图像分析显微镜、声学显微荧光显微镜、显微分光光度

5、计、图像分析显微镜、声学显微荧光显微镜、显微分光光度计、图像分析显微镜、声学显微镜、照相显微镜、电视显微镜等。镜、照相显微镜、电视显微镜等。镜、照相显微镜、电视显微镜等。镜、照相显微镜、电视显微镜等。特种光学显微镜特种光学显微镜特种光学显微镜特种光学显微镜 高温显微镜、近场光学显微镜等。高温显微镜、近场光学显微镜等。高温显微镜、近场光学显微镜等。高温显微镜、近场光学显微镜等。第4页，讲稿共41张，创作于星期日4 42.1几何光学显微镜几何光学显微镜光学显微镜种类光学显微镜种类新型光学显微镜新型光学显微镜第5页，讲稿共41张，创作于星期日5 52.1-1 光学显微镜种类光学显微镜种类光学金相显微

6、镜是用于观察固体表面和内部组织结构的光学金相显微镜是用于观察固体表面和内部组织结构的光学金相显微镜是用于观察固体表面和内部组织结构的光学金相显微镜是用于观察固体表面和内部组织结构的重要光学仪器。重要光学仪器。重要光学仪器。重要光学仪器。它是基于光线在均匀的介质中作直线传播，并在两种不同它是基于光线在均匀的介质中作直线传播，并在两种不同它是基于光线在均匀的介质中作直线传播，并在两种不同它是基于光线在均匀的介质中作直线传播，并在两种不同介质的分界面上发生折射或反射等现象构成的。介质的分界面上发生折射或反射等现象构成的。介质的分界面上发生折射或反射等现象构成的。介质的分界面上发生折射或反射等现象构成

7、的。研究这些现象的理论称为几何光学。随着几何光学和研究这些现象的理论称为几何光学。随着几何光学和研究这些现象的理论称为几何光学。随着几何光学和研究这些现象的理论称为几何光学。随着几何光学和物理光学的发展，金相显微镜已日臻完善。物理光学的发展，金相显微镜已日臻完善。物理光学的发展，金相显微镜已日臻完善。物理光学的发展，金相显微镜已日臻完善。普通光学显微镜的类型很多，常分台式、立式和卧式三普通光学显微镜的类型很多，常分台式、立式和卧式三普通光学显微镜的类型很多，常分台式、立式和卧式三普通光学显微镜的类型很多，常分台式、立式和卧式三大类。大类。大类。大类。若按用途的不同来分，还有各类特种显微镜，如偏

8、若按用途的不同来分，还有各类特种显微镜，如偏光显微镜、相衬显微镜、干涉显微镜及高温、低温光显微镜、相衬显微镜、干涉显微镜及高温、低温金相显微镜等。目前新型的金相显微镜已趋万能金相显微镜等。目前新型的金相显微镜已趋万能(多多多多种用途种用途种用途种用途)。第6页，讲稿共41张，创作于星期日6 6l l台式显微镜主要由一镜筒台式显微镜主要由一镜筒(包括上装目镜和下配物包括上装目镜和下配物镜镜)、镜体、镜体(包括座架和调焦装置包括座架和调焦装置)、光源系统、光源系统(包括包括光源、灯座及垂直照明器光源、灯座及垂直照明器)和样品台四部分组成。和样品台四部分组成。l l具有体积小、重量轻、携带方便等优点

9、，多用钨具有体积小、重量轻、携带方便等优点，多用钨丝灯泡作光源，分直立式光程和倒立式光程两种。丝灯泡作光源，分直立式光程和倒立式光程两种。第7页，讲稿共41张，创作于星期日7 7第8页，讲稿共41张，创作于星期日8 8高温显微分析术 包括真空高温台及相应的物镜系统。真空高温台是安放样品和进行加热、冷却的装置。使用温度最高可达1500 第9页，讲稿共41张，创作于星期日9 9l l高温金相显微镜在检测分析中的应用玻璃配合料高温熔融过程第10页，讲稿共41张，创作于星期日1010显微摄影与图像分析技术 显微摄影：将显微镜目镜视域观察到的物相形态及显微结构图像，利用专门的照相机或摄影机拍摄纪录。显微

10、摄影是显微结构分析中一项重要技术。利用图像分析技术分析各组成相的尺寸、形貌、分布和光密度等结构数据，为光学显微分析提供定量或定性数据。第11页，讲稿共41张，创作于星期日1111激光共焦扫描显微镜1.1.高分辨率观察的显微镜 常规显微镜的分辨率，常规显微镜的分辨率，0.35m0.35m是极限，是极限，激光共聚焦显微镜的分辨率为激光共聚焦显微镜的分辨率为0.12m0.12m，所以在亚微米级观察上可以代替电子显微镜。所以在亚微米级观察上可以代替电子显微镜。2.2.高精度表面形貌测量仪高精度表面形貌测量仪 检测细微表面的高度差异，检测细微表面的高度差异，线宽测量，体积、表面积线宽测量，体积、表面积

11、异物，杂质等的大小，异物，杂质等的大小，表面粗糙度分析表面粗糙度分析 3.3.三维形貌显微镜第12页，讲稿共41张，创作于星期日1212激光共聚焦显微镜激光共聚焦显微镜（Laser scanning Confocal Microscopy Laser scanning Confocal Microscopy，简称，简称LSCMLSCM）激光扫描共聚焦显微镜是采用激光作为光源，在传统光激光扫描共聚焦显微镜是采用激光作为光源，在传统光激光扫描共聚焦显微镜是采用激光作为光源，在传统光激光扫描共聚焦显微镜是采用激光作为光源，在传统光学显微镜基础上采用共轭聚焦原理和装置，并利用计算学显微镜基础上采用共轭

12、聚焦原理和装置，并利用计算学显微镜基础上采用共轭聚焦原理和装置，并利用计算学显微镜基础上采用共轭聚焦原理和装置，并利用计算机对所观察的对象进行数字图象处理的一套观察、分析机对所观察的对象进行数字图象处理的一套观察、分析机对所观察的对象进行数字图象处理的一套观察、分析机对所观察的对象进行数字图象处理的一套观察、分析和输出系统。和输出系统。和输出系统。和输出系统。主要系统包括激光光源、自动显微镜、扫描模块（包括主要系统包括激光光源、自动显微镜、扫描模块（包括主要系统包括激光光源、自动显微镜、扫描模块（包括主要系统包括激光光源、自动显微镜、扫描模块（包括共聚焦光路通道和针孔、扫描镜、检测器）、数字信

13、号共聚焦光路通道和针孔、扫描镜、检测器）、数字信号共聚焦光路通道和针孔、扫描镜、检测器）、数字信号共聚焦光路通道和针孔、扫描镜、检测器）、数字信号处理器、计算机以及图象输出设备（显示器、彩色打印处理器、计算机以及图象输出设备（显示器、彩色打印处理器、计算机以及图象输出设备（显示器、彩色打印处理器、计算机以及图象输出设备（显示器、彩色打印机）等。机）等。机）等。机）等。通过激光扫描共聚焦显微镜，可以对观察样品进行断通过激光扫描共聚焦显微镜，可以对观察样品进行断层扫描和成像。因此，可以无损伤的观察和分析细胞层扫描和成像。因此，可以无损伤的观察和分析细胞的三维空间结构。同时，通过激光扫描共聚焦显微镜

14、的三维空间结构。同时，通过激光扫描共聚焦显微镜也是活细胞的动态观察、多重免疫荧光标记和离子荧也是活细胞的动态观察、多重免疫荧光标记和离子荧光标记观察的有力工具。光标记观察的有力工具。第13页，讲稿共41张，创作于星期日1313LaserScanningConfocalMicroscope第14页，讲稿共41张，创作于星期日1414第15页，讲稿共41张，创作于星期日1515第16页，讲稿共41张，创作于星期日1616第17页，讲稿共41张，创作于星期日17172.2 光学显微镜的极限光学显微镜的极限透镜成象公式：放大率：当uf，M ，是否能看见任何微小的物？y0FuuFy放大倍数足够就能观察到

15、任何微小物体吗？放大倍数足够就能观察到任何微小物体吗？第18页，讲稿共41张，创作于星期日1818成象系统的分辨率成象系统的分辨率由于衍射效应，任何一个由于衍射效应，任何一个“点点”物，通过理想光学系物，通过理想光学系统所成象为一个弥散斑，其光强分布如图：统所成象为一个弥散斑，其光强分布如图：第19页，讲稿共41张，创作于星期日1919瑞利判据瑞利判据：当一个点物的象的最亮处与临近另一点物的象的：当一个点物的象的最亮处与临近另一点物的象的第一个零点重合时，此两点物的刚好分辨。称此时的两点物间第一个零点重合时，此两点物的刚好分辨。称此时的两点物间的距离为成象系统的的距离为成象系统的分辨率分辨率。

16、第20页，讲稿共41张，创作于星期日2020根据瑞利判据给出的分辨率公式根据瑞利判据给出的分辨率公式:N.A.为成象系统数值孔径为成象系统数值孔径:n第21页，讲稿共41张，创作于星期日2121提高分辨率的途径提高分辨率的途径1、减小波长、减小波长根据分辨率公式：（1）使用短波长可见光，如蓝光）使用短波长可见光，如蓝光DVD，紫外光刻紫外光刻（2）使用物质波）使用物质波电子显微镜电子显微镜第22页，讲稿共41张，创作于星期日2222物2 增加数值孔径（增加数值孔径（N.A.）高倍率油浸物镜高倍率油浸物镜物空间填充高折射率的油，提高物空间填充高折射率的油，提高物空间填充高折射率的油，提高物空间填

17、充高折射率的油，提高n n值，通常值，通常值，通常值，通常NANA大于大于1。固体浸没透镜（固体浸没透镜（SIL）选用高折射率材料，可以使选用高折射率材料，可以使选用高折射率材料，可以使选用高折射率材料，可以使NANA大于大于大于大于2 2。分辨率可以小于。分辨率可以小于。分辨率可以小于。分辨率可以小于200200nmnm。第23页，讲稿共41张，创作于星期日2323光学显微分析技术的突破-近场扫描光学显微镜（近场扫描光学显微镜（SNOM）(Near-field Scanning Optical Microscope)1.1.1.1.显微分析分辨率显微分析分辨率显微分析分辨率显微分析分辨率 仪

18、器分辨两个物点的本领。仪器分辨两个物点的本领。仪器分辨两个物点的本领。仪器分辨两个物点的本领。分辨率极限分辨率极限分辨率极限分辨率极限:对仪器可分辨的最临近两对仪器可分辨的最临近两对仪器可分辨的最临近两对仪器可分辨的最临近两个物点间的距离或角度成为个物点间的距离或角度成为个物点间的距离或角度成为个物点间的距离或角度成为该仪器的分辨率极限。该仪器的分辨率极限。该仪器的分辨率极限。该仪器的分辨率极限。l l远场与近场远场与近场 近场近场近场近场区域：距物体表面仅区域：距物体表面仅区域：距物体表面仅区域：距物体表面仅仅仅仅仅几个波长几个波长几个波长几个波长的区域。的区域。的区域。的区域。远场区域：从

19、近场区域远场区域：从近场区域远场区域：从近场区域远场区域：从近场区域外至无穷远处。外至无穷远处。外至无穷远处。外至无穷远处。第24页，讲稿共41张，创作于星期日24242.近场探测原理非辐射场探测器非辐射场探测器 位于距物体一个波长以内的位置上，在场传播以前将其位于距物体一个波长以内的位置上，在场传播以前将其俘获。俘获。探测器位于距离物体表面纳米尺度的位置上，既能移动又不碰探测器位于距离物体表面纳米尺度的位置上，既能移动又不碰到样品。到样品。使用点状探测器逐点成像：使用点状探测器逐点成像：首先收集纳米尺度的局部光信号，转变为电流首先收集纳米尺度的局部光信号，转变为电流/发射发射 到自由空间到自

20、由空间/以波导方式传播到探测系统，将逐点采以波导方式传播到探测系统，将逐点采 集的信息扫描成为二维图像。集的信息扫描成为二维图像。光学隧道效应光学隧道效应 将介电探针将介电探针“浸入浸入”隐失场（非辐射场），产生光学扰动，隐失场（非辐射场），产生光学扰动，探针会将隐失场转变为传播场，把局限在物体近邻的信息转换探针会将隐失场转变为传播场，把局限在物体近邻的信息转换出来。出来。第25页，讲稿共41张，创作于星期日2525单模光纤单模光纤收缩段收缩段镀铝膜镀铝膜样品样品光纤传光是通过全内反射原理。但是，当光纤直径小于半光纤传光是通过全内反射原理。但是，当光纤直径小于半个光波长时，光就不能再传播了。所

21、以，在光纤直径小于个光波长时，光就不能再传播了。所以，在光纤直径小于半个波长段，需要镀金属膜。这时，不能传播的光波转换半个波长段，需要镀金属膜。这时，不能传播的光波转换为金属镀膜中的倏逝波为金属镀膜中的倏逝波(evanescent)evanescent)，沿镀膜传播至尖端沿镀膜传播至尖端口，然后再转换为传播波。但是此传播波发散得非常快，口，然后再转换为传播波。但是此传播波发散得非常快，通常仅在小于孔径直径的传播距离内保持光束直径与孔径通常仅在小于孔径直径的传播距离内保持光束直径与孔径相同，所以，样品必须离尖端很近相同，所以，样品必须离尖端很近-近场。近场。第26页，讲稿共41张，创作于星期日2

22、626SNOM测量实例与比较多孔二氧化硅表面形貌图。(a)AFM图象，(b)SNOM图象第27页，讲稿共41张，创作于星期日2727SNOM是一种多功能超分辨显微仪器是一种多功能超分辨显微仪器具有具有AFM的表面形貌测试功能的表面形貌测试功能测试样品的超分辨发光特性测试样品的超分辨发光特性测试样品的超分辨透射特性测试样品的超分辨透射特性测试样品的超分辨反射特性测试样品的超分辨反射特性几乎能能测试任何样品：活生物、有机、无机，导电，绝缘，几乎能能测试任何样品：活生物、有机、无机，导电，绝缘，磁性材料等磁性材料等缺点：分辨率比AFM和STM低一个数量级，通常在50nm左右，但目前的发展趋势是组合S

23、NOM和AFM，因两者的差别仅在探针第28页，讲稿共41张，创作于星期日2828薄膜厚度的光学测量法薄膜厚度的光学测量法 不透明薄膜的等厚干涉法不透明薄膜的等厚干涉法不透明薄膜的等厚干涉法不透明薄膜的等厚干涉法(FET)(FET)不透明薄膜的等色干涉法不透明薄膜的等色干涉法不透明薄膜的等色干涉法不透明薄膜的等色干涉法(FECO)(FECO)透明薄膜的变角度干涉法透明薄膜的变角度干涉法透明薄膜的变角度干涉法透明薄膜的变角度干涉法(VAMFO)(VAMFO)透明薄膜的等角反射干涉法透明薄膜的等角反射干涉法透明薄膜的等角反射干涉法透明薄膜的等角反射干涉法(CARIS)(CARIS)椭偏光谱法椭偏光谱

24、法椭偏光谱法椭偏光谱法薄膜厚度的台阶机械测量法薄膜厚度的台阶机械测量法石英晶体震荡器法石英晶体震荡器法称重量法称重量法附：薄膜厚度检测技术附：薄膜厚度检测技术第29页，讲稿共41张，创作于星期日2929常用的薄膜厚度测量方法常用的薄膜厚度测量方法第30页，讲稿共41张，创作于星期日30301 薄膜厚度的光学测量法薄膜厚度的光学测量法薄膜厚度的测量广泛用到了各种光学方法。这是因为，光学薄膜厚度的测量广泛用到了各种光学方法。这是因为，光学薄膜厚度的测量广泛用到了各种光学方法。这是因为，光学薄膜厚度的测量广泛用到了各种光学方法。这是因为，光学方法不仅可被用于透明薄膜，还可被用于不透明薄膜；不仅方法不

25、仅可被用于透明薄膜，还可被用于不透明薄膜；不仅方法不仅可被用于透明薄膜，还可被用于不透明薄膜；不仅方法不仅可被用于透明薄膜，还可被用于不透明薄膜；不仅使用方便，而且测量精度较高。这类方法所依据的原理一般使用方便，而且测量精度较高。这类方法所依据的原理一般使用方便，而且测量精度较高。这类方法所依据的原理一般使用方便，而且测量精度较高。这类方法所依据的原理一般是不同薄膜厚度造成的光程差引起的光的干涉现象。是不同薄膜厚度造成的光程差引起的光的干涉现象。是不同薄膜厚度造成的光程差引起的光的干涉现象。是不同薄膜厚度造成的光程差引起的光的干涉现象。光的干涉条件：光的干涉条件：光的干涉条件：光的干涉条件：厚

26、厚厚厚度度度度为为为为d d、折折折折射射射射率率率率为为为为n n的的的的薄薄薄薄膜膜膜膜在在在在波波波波长长长长为为为为 的的的的单单单单色色色色光光光光源源源源照照照照射射射射下下下下形形形形成成成成干干干干涉涉涉涉的的的的条条条条件件件件。直直直直接接接接反反反反射射射射回回回回来来来来的的的的光光光光束束束束与与与与折折折折射射射射后后后后又又又又反反反反射射射射回回回回来来来来的的的的光光光光束束束束之间的光程差为光波长的整倍数，之间的光程差为光波长的整倍数，之间的光程差为光波长的整倍数，之间的光程差为光波长的整倍数，相干增强：相干增强：相干增强：相干增强：2ndcos2ndcos

27、 =N=N 相干减弱：相干减弱：相干减弱：相干减弱：2ndcos2ndcos =（N+1N+1）/2/2第31页，讲稿共41张，创作于星期日3131第32页，讲稿共41张，创作于星期日32321 不透明薄膜等厚干涉测薄膜厚度不透明薄膜等厚干涉测薄膜厚度通过制备样品时，制作一个台阶；通过制备样品时，制作一个台阶；通过制备样品时，制作一个台阶；通过制备样品时，制作一个台阶；或薄膜制备后，或薄膜制备后，或薄膜制备后，或薄膜制备后，通过划痕制作台阶；通过划痕制作台阶；通过划痕制作台阶；通过划痕制作台阶；在薄膜上覆盖一块半反半透的平面镜，由于在反射镜与薄在薄膜上覆盖一块半反半透的平面镜，由于在反射镜与薄

28、在薄膜上覆盖一块半反半透的平面镜，由于在反射镜与薄在薄膜上覆盖一块半反半透的平面镜，由于在反射镜与薄膜表面之间的不平行，在层反射镜与薄膜之间光的多次反膜表面之间的不平行，在层反射镜与薄膜之间光的多次反膜表面之间的不平行，在层反射镜与薄膜之间光的多次反膜表面之间的不平行，在层反射镜与薄膜之间光的多次反射导致等厚干涉条纹的产生；射导致等厚干涉条纹的产生；射导致等厚干涉条纹的产生；射导致等厚干涉条纹的产生；在干涉显微镜下，观察等厚干涉条纹；相干增强的条件为：在干涉显微镜下，观察等厚干涉条纹；相干增强的条件为：在干涉显微镜下，观察等厚干涉条纹；相干增强的条件为：在干涉显微镜下，观察等厚干涉条纹；相干增

29、强的条件为：2S+2S+/2/2 =N=N ；并测量出相邻两条干涉条纹的间距并测量出相邻两条干涉条纹的间距并测量出相邻两条干涉条纹的间距并测量出相邻两条干涉条纹的间距 0和在台阶处条纹和在台阶处条纹的移动量的移动量 ，则薄膜厚度为：，则薄膜厚度为：d=(d=(/0 0)/2第33页，讲稿共41张，创作于星期日3333干涉显微术干涉显微术 将光波的干涉技术与显微镜将光波的干涉技术与显微镜将光波的干涉技术与显微镜将光波的干涉技术与显微镜结合起来，利用光的干涉研究物结合起来，利用光的干涉研究物结合起来，利用光的干涉研究物结合起来，利用光的干涉研究物相更细微的表面高度差，观察数相更细微的表面高度差，观

30、察数相更细微的表面高度差，观察数相更细微的表面高度差，观察数十纳米的高度差。十纳米的高度差。十纳米的高度差。十纳米的高度差。一束单色光射到空气尖劈上会一束单色光射到空气尖劈上会一束单色光射到空气尖劈上会一束单色光射到空气尖劈上会产生两束存在一定光程差的光，并产生两束存在一定光程差的光，并产生两束存在一定光程差的光，并产生两束存在一定光程差的光，并产生干涉现象，在目镜中可见明暗产生干涉现象，在目镜中可见明暗产生干涉现象，在目镜中可见明暗产生干涉现象，在目镜中可见明暗相间的条纹。相间的条纹。相间的条纹。相间的条纹。不平表面将产生弯曲干涉条纹。不平表面将产生弯曲干涉条纹。不平表面将产生弯曲干涉条纹。

31、不平表面将产生弯曲干涉条纹。根据干涉条纹的形状即可检测样品根据干涉条纹的形状即可检测样品根据干涉条纹的形状即可检测样品根据干涉条纹的形状即可检测样品表面的细微高度差和平整情况。表面的细微高度差和平整情况。表面的细微高度差和平整情况。表面的细微高度差和平整情况。第34页，讲稿共41张，创作于星期日3434膜厚：d=(/0)/2第35页，讲稿共41张，创作于星期日35352 椭圆偏振光测量法椭圆偏振光测量法光源发出一定波长的光，非偏振光光源发出一定波长的光，非偏振光(自然光自然光)束经过起偏束经过起偏器后变为线偏振光，线偏振光经过器后变为线偏振光，线偏振光经过1 14 4波片后，变为椭波片后，变为

32、椭圆偏振光，椭圆偏振光经过样品反射后，偏振状态圆偏振光，椭圆偏振光经过样品反射后，偏振状态发生变化，发生变化，方位与形状不同于反射前的光通过分析方位与形状不同于反射前的光通过分析方位与形状不同于反射前的光通过分析方位与形状不同于反射前的光通过分析反射光的偏振状态，可以测量薄膜厚度。反射光的偏振状态，可以测量薄膜厚度。反射光的偏振状态，可以测量薄膜厚度。反射光的偏振状态，可以测量薄膜厚度。第36页，讲稿共41张，创作于星期日36362表面粗糙度仪法表面粗糙度仪法 台阶法台阶法用直径很小的触针滑过被测薄膜的表面，同时记录下触用直径很小的触针滑过被测薄膜的表面，同时记录下触针在垂直方向的移动情况并画

33、出薄膜表面轮廓的方法被针在垂直方向的移动情况并画出薄膜表面轮廓的方法被称为粗糙度仪法。既可测量表面粗糙度，也可测量薄膜称为粗糙度仪法。既可测量表面粗糙度，也可测量薄膜台阶的高度。台阶的高度。粗糙度仪触针的头部是用金刚石磨成半径约粗糙度仪触针的头部是用金刚石磨成半径约10-2010-20 m m的圆弧的圆弧后做成的。在触针上加有后做成的。在触针上加有1-30 mg1-30 mg的可以调节的压力。垂的可以调节的压力。垂直位移可以通过机械、电子或光学的方法被放大几千直位移可以通过机械、电子或光学的方法被放大几千倍甚至一百万倍，并配有倍甚至一百万倍，并配有CCDCCD摄像仪因而垂直位移的分摄像仪因而垂

34、直位移的分辨率最高可以达到辨率最高可以达到lnmlnm左右。左右。第37页，讲稿共41张，创作于星期日37373石英振荡器石英振荡器 与称重法相关的另一种薄膜厚度的测量方法是石英晶体与称重法相关的另一种薄膜厚度的测量方法是石英晶体振荡器法。目前，这一方法已被广泛应用于薄膜沉积过振荡器法。目前，这一方法已被广泛应用于薄膜沉积过程中厚度的实时测量。这一方法的原理是基于程中厚度的实时测量。这一方法的原理是基于石英晶体石英晶体片的固有振动频率随其质量的变化而变化片的固有振动频率随其质量的变化而变化的物理现象；的物理现象；一个弹性体的固有振动频率取决于其尺寸、弹性模量和密一个弹性体的固有振动频率取决于其

35、尺寸、弹性模量和密度等。对厚度为度等。对厚度为t t的石英晶片，其固有频率为：的石英晶片，其固有频率为：f f0 0=/2t/2t -厚度方向的弹性播的波速厚度方向的弹性播的波速第38页，讲稿共41张，创作于星期日3838石英晶片厚度的微小变化石英晶片厚度的微小变化石英晶片厚度的微小变化石英晶片厚度的微小变化 t,t,将导致固有频率的变化将导致固有频率的变化将导致固有频率的变化将导致固有频率的变化 f=-f=-t*ft*f0 0/t=-/t=-m*fm*f0/0 0 AtAt同样，当石英晶片上沉积了一层其他物质时，同样，当石英晶片上沉积了一层其他物质时，同样，当石英晶片上沉积了一层其他物质时，

36、同样，当石英晶片上沉积了一层其他物质时，其固有频其固有频其固有频其固有频率也将降低：率也将降低：率也将降低：率也将降低：f=-df=-d f*f*f0/0 0t=-2dt=-2d f f*f*f0 02 2/0 当选择当选择f=6MHz,f=6MHz,频率的测量的准确度达频率的测量的准确度达频率的测量的准确度达频率的测量的准确度达1Hz时，相当时，相当时，相当时，相当于可测出于可测出于可测出于可测出1.2x101.2x10-8-8g g的质量变化，假设晶片的面积为的质量变化，假设晶片的面积为1cm1cm2，薄膜为，薄膜为，薄膜为，薄膜为AlAl，相当于厚度探测灵敏度为相当于厚度探测灵敏度为相当于厚度探测灵敏度为相当于厚度探测灵敏度为0.05nm.0.05nm.第39页，讲稿共41张，创作于星期日3939本章完第40页，讲稿共41张，创作于星期日4040感感谢谢大大家家观观看看4/8/20234/8/2023第41页，讲稿共41张，创作于星期日