薄膜紅外特征吸收峰分峰數(shù)量確定方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光學(xué)薄膜低折射【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種SiO2薄膜紅外特征吸收峰數(shù)量確定方法。本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜在紅外特征吸收峰疊加情況，對(duì)疊加吸收峰數(shù)量的精確分解方法，具體提出一種對(duì)薄膜材料紅外特征吸收光譜吸收峰數(shù)量的確定方法，其將不同的吸收峰等效為化學(xué)物質(zhì)的成分，利用紅外光譜測(cè)量技術(shù)確定化學(xué)物質(zhì)成分組成的原理，對(duì)薄膜樣品進(jìn)行處理后進(jìn)行吸收峰數(shù)量的確定。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是在于可以準(zhǔn)確確定薄膜的吸收峰數(shù)量，特別是對(duì)于相近吸收峰疊加的情況效果最為明顯。由此，本發(fā)明提出通對(duì)吸收峰的分解方法，實(shí)現(xiàn)能夠精確確定吸收峰的疊加數(shù)量，為材料介電常數(shù)的反演計(jì)算奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
【專利說明】一種Si02薄膜紅外特征吸收峰分峰數(shù)量確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)薄膜低折射【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種si〇2薄膜紅外特征吸收峰數(shù) 量確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] Si02薄膜是重要的光學(xué)薄膜低折射率材料之一，具有寬透明區(qū)（0. 15 ? 8Um)、低折射率、硬度高、熱膨脹系數(shù)低、電絕緣性、耐摩擦、耐酸堿、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng) 用于從紫外到中紅外波段光學(xué)薄膜領(lǐng)域，如高反膜、減反膜、介質(zhì)膜、波長(zhǎng)分束器、帶通濾光 片、偏振片等。Si02薄膜制備方法有電子束蒸發(fā)、離子輔助、離子束濺射、磁控濺射、溶膠-凝 膠、原子層沉積等，不同的成膜方式其特性具有較大的差別。
[0003] 評(píng)價(jià)Si02薄膜結(jié)構(gòu)的方法有X射線衍射法（XRD)、X射線光電子能譜法（XPS)、掃 描電子顯微鏡法（SEM或TEM)、原子力顯微鏡（AFM)、紅外光譜（FTIR)等，主要表征薄膜的 晶向結(jié)構(gòu)、化學(xué)計(jì)量、表面/斷面結(jié)構(gòu)、表面微結(jié)構(gòu)和[Si04]網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)。無定形Si02M 料是由大量的[Si04]四面體構(gòu)成，這些四面體通過Si-0-Si鍵隨機(jī)相互連接構(gòu)成隨機(jī)網(wǎng)絡(luò) 玻璃結(jié)構(gòu)。當(dāng)紅外光波與Si02材料作用時(shí)，Si-0-Si鍵的簡(jiǎn)正振動(dòng)頻率與入射光波頻率相 同時(shí)，在紅外光譜400CHT1?1500CHT1范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)系列的振動(dòng)吸收峰，可以得到Si-0-Si 的鍵角和短程有序的連接信息，因此基于紅外波段介電常數(shù)能量損耗函數(shù)是表征Si02薄膜 短程有序微結(jié)構(gòu)是一種常用的方法。
[0004] 獲得Si02薄膜紅外介電常數(shù)的通常方法是先測(cè)量薄膜的紅外透射光譜，然后使用 色散模型對(duì)薄膜的紅外透射光譜進(jìn)行擬合。在Si02玻璃的紅外介電常數(shù)研究中，一般采用 振子吸收模型描述介電常數(shù)在該波段內(nèi)的色散，在無定形玻璃態(tài)非晶材料研究中，高斯振 子模型應(yīng)用獲得了精確了介電常數(shù)表征，可以將該模型應(yīng)用于無定形Si02薄膜的介電常數(shù) 研究中在振子模型中，振子數(shù)量的確定上依賴于材料的特征吸收峰值。對(duì)于Si02薄膜材料， 在900CHT1?1500CHT1之間存在多個(gè)相近共振吸收峰的疊加，而且每個(gè)吸收峰反應(yīng)的[Si04] 四面體單元連接方式不同，因此如何精確確定在該范圍內(nèi)獨(dú)立吸收峰的數(shù)量是擬合計(jì)算振 子數(shù)量的關(guān)鍵。
[0005] 目前國(guó)內(nèi)外還沒有關(guān)于固體薄膜材料特征吸收峰疊加成分的精確分解的報(bào)道，相 關(guān)的研究也是通過人為確定吸收峰的成分?jǐn)?shù)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種Si02薄膜紅外特征吸收峰數(shù)量確定方 法。
[0008] (二）技術(shù)方案
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種Si02薄膜紅外特征吸收峰數(shù)量確定方法， 其包括如下步驟：
[0010] 步驟S1 :首先在硅基底制備薄膜樣品，通過加熱或者物理減薄的方法，在不改變 薄膜介電常數(shù)的前提下，獲得N個(gè)薄膜的樣品；
[0011] 步驟S2 :利用紅外光譜儀測(cè)量N個(gè)薄膜樣品的紅外透過率或紅外反射率光譜，測(cè) 量波長(zhǎng)為入：、入2、......入m，掃描步長(zhǎng)為八入，m=(入^入^/八入，其中，m遠(yuǎn)大于N;對(duì)于 紅外光透射的樣品測(cè)量其透過率光譜I\、T2、…TN，而對(duì)于紅外光不透明的樣品則測(cè)量其反 射率光譜K ;
[0012] 步驟S3:將測(cè)量的光譜矩陣化如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種SiO2薄膜紅外特征吸收峰數(shù)量確定方法，其特征在于，其包括如下步驟： 步驟Sl:首先在硅基底制備薄膜樣品，通過加熱或者物理減薄的方法，在不改變薄膜 介電常數(shù)的前提下，獲得N個(gè)薄膜的樣品； 步驟S2 :利用紅外光譜儀測(cè)量N個(gè)薄膜樣品的紅外透過率或紅外反射率光譜，測(cè)量波 長(zhǎng)為λ"λ2.......λm，掃描步長(zhǎng)為Λλ，m=(λm-λ1)/Λλ，其中，m遠(yuǎn)大于N;對(duì)于紅 外光透射的樣品測(cè)量其透過率光譜?\、Τ2、…Tn，而對(duì)于紅外光不透明的樣品則測(cè)量其反射 率光譜κ ; 步驟S3 :將測(cè)量的光譜矩陣化如下：
步驟S4 :計(jì)算出光譜矩陣TmXN的協(xié)方差矩陣A:
步驟S5 :計(jì)算出光譜協(xié)方差矩陣A的特征矩陣Anxn，對(duì)角線外元素全部為零，本征值 非零的個(gè)數(shù)就為光譜內(nèi)的吸收峰值個(gè)數(shù)：
在確定個(gè)數(shù)的過程中，由于矩陣特征值不可能具有完全等于零的數(shù)，只能無限小，因此 按照下面的兩種方法判斷定非零本征值的個(gè)數(shù)： 第一種方法：定義誤差函數(shù)RE，矩陣Anxn中大于誤差函數(shù)RE的就認(rèn)為是非零本征值， 非零本征值的數(shù)量即為分峰數(shù)量，RE的表達(dá)式如下：
其中，k為大于1的自然整數(shù)，m為光譜中波長(zhǎng)點(diǎn)數(shù)，N為樣品數(shù)； 第二種方法：定義指數(shù)誤差函數(shù)IND，IND由大到最小再由最小到最大，計(jì)算由大到小 的個(gè)數(shù)即可得到分峰數(shù)，IND函數(shù)表達(dá)式如下：
其中，k為大于1的自然整數(shù)，m為光譜中波長(zhǎng)點(diǎn)數(shù)，N為樣品數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N21/3563GK104458641SQ201410720154
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】劉華松, 劉丹丹, 季一勤, 王利栓, 姜承慧, 姜玉剛 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五八研究所