薄膜紅外特徵吸收峰分峰數量確定方法
2023-05-17 21:50:11 1
薄膜紅外特徵吸收峰分峰數量確定方法
【專利摘要】本發明屬於光學薄膜低折射【技術領域】，具體涉及一種SiO2薄膜紅外特徵吸收峰數量確定方法。本發明涉及光學薄膜在紅外特徵吸收峰疊加情況，對疊加吸收峰數量的精確分解方法，具體提出一種對薄膜材料紅外特徵吸收光譜吸收峰數量的確定方法，其將不同的吸收峰等效為化學物質的成分，利用紅外光譜測量技術確定化學物質成分組成的原理，對薄膜樣品進行處理後進行吸收峰數量的確定。本發明優點是在於可以準確確定薄膜的吸收峰數量，特別是對於相近吸收峰疊加的情況效果最為明顯。由此，本發明提出通對吸收峰的分解方法，實現能夠精確確定吸收峰的疊加數量，為材料介電常數的反演計算奠定技術基礎。
【專利說明】一種Si02薄膜紅外特徵吸收峰分峰數量確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於光學薄膜低折射【技術領域】，具體涉及一種si〇2薄膜紅外特徵吸收峰數 量確定方法。
【背景技術】
[0002] Si02薄膜是重要的光學薄膜低折射率材料之一，具有寬透明區（0. 15 ? 8Um)、低折射率、硬度高、熱膨脹係數低、電絕緣性、耐摩擦、耐酸鹼、抗腐蝕等優點，廣泛應 用於從紫外到中紅外波段光學薄膜領域，如高反膜、減反膜、介質膜、波長分束器、帶通濾光 片、偏振片等。Si02薄膜製備方法有電子束蒸發、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] 評價Si02薄膜結構的方法有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，主要表徵薄膜的 晶向結構、化學計量、表面/斷面結構、表面微結構和[Si04]網絡連接結構。無定形Si02M 料是由大量的[Si04]四面體構成，這些四面體通過Si-0-Si鍵隨機相互連接構成隨機網絡 玻璃結構。當紅外光波與Si02材料作用時，Si-0-Si鍵的簡正振動頻率與入射光波頻率相 同時，在紅外光譜400CHT1?1500CHT1範圍內會出現系列的振動吸收峰，可以得到Si-0-Si 的鍵角和短程有序的連接信息，因此基於紅外波段介電常數能量損耗函數是表徵Si02薄膜 短程有序微結構是一種常用的方法。
[0004] 獲得Si02薄膜紅外介電常數的通常方法是先測量薄膜的紅外透射光譜，然後使用 色散模型對薄膜的紅外透射光譜進行擬合。在Si02玻璃的紅外介電常數研究中，一般採用 振子吸收模型描述介電常數在該波段內的色散，在無定形玻璃態非晶材料研究中，高斯振 子模型應用獲得了精確了介電常數表徵，可以將該模型應用於無定形Si02薄膜的介電常數 研究中在振子模型中，振子數量的確定上依賴於材料的特徵吸收峰值。對於Si02薄膜材料， 在900CHT1?1500CHT1之間存在多個相近共振吸收峰的疊加，而且每個吸收峰反應的[Si04] 四面體單元連接方式不同，因此如何精確確定在該範圍內獨立吸收峰的數量是擬合計算振 子數量的關鍵。
[0005] 目前國內外還沒有關於固體薄膜材料特徵吸收峰疊加成分的精確分解的報導，相 關的研究也是通過人為確定吸收峰的成分數量。
【發明內容】
[0006] (一）要解決的技術問題
[0007] 本發明要解決的技術問題是：如何提供一種Si02薄膜紅外特徵吸收峰數量確定方 法。
[0008] (二）技術方案
[0009] 為解決上述技術問題，本發明提供一種Si02薄膜紅外特徵吸收峰數量確定方法， 其包括如下步驟：
[0010] 步驟S1 :首先在矽基底製備薄膜樣品，通過加熱或者物理減薄的方法，在不改變 薄膜介電常數的前提下，獲得N個薄膜的樣品；
[0011] 步驟S2 :利用紅外光譜儀測量N個薄膜樣品的紅外透過率或紅外反射率光譜，測 量波長為入：、入2、......入m，掃描步長為八入，m=(入^入^/八入，其中，m遠大於N;對於 紅外光透射的樣品測量其透過率光譜I\、T2、…TN，而對於紅外光不透明的樣品則測量其反 射率光譜K ;
[0012] 步驟S3:將測量的光譜矩陣化如下：
【權利要求】
1. 一種SiO2薄膜紅外特徵吸收峰數量確定方法，其特徵在於，其包括如下步驟： 步驟Sl:首先在矽基底製備薄膜樣品，通過加熱或者物理減薄的方法，在不改變薄膜 介電常數的前提下，獲得N個薄膜的樣品； 步驟S2 :利用紅外光譜儀測量N個薄膜樣品的紅外透過率或紅外反射率光譜，測量波 長為λ"λ2.......λm，掃描步長為Λλ，m=(λm-λ1)/Λλ，其中，m遠大於N;對於紅 外光透射的樣品測量其透過率光譜?\、Τ2、…Tn，而對於紅外光不透明的樣品則測量其反射 率光譜κ ; 步驟S3 :將測量的光譜矩陣化如下：
步驟S4 :計算出光譜矩陣TmXN的協方差矩陣A:
步驟S5 :計算出光譜協方差矩陣A的特徵矩陣Anxn，對角線外元素全部為零，本徵值 非零的個數就為光譜內的吸收峰值個數：
在確定個數的過程中，由於矩陣特徵值不可能具有完全等於零的數，只能無限小，因此 按照下面的兩種方法判斷定非零本徵值的個數： 第一種方法：定義誤差函數RE，矩陣Anxn中大於誤差函數RE的就認為是非零本徵值， 非零本徵值的數量即為分峰數量，RE的表達式如下：
其中，k為大於1的自然整數，m為光譜中波長點數，N為樣品數； 第二種方法：定義指數誤差函數IND，IND由大到最小再由最小到最大，計算由大到小 的個數即可得到分峰數，IND函數表達式如下：
其中，k為大於1的自然整數，m為光譜中波長點數，N為樣品數。
【文檔編號】G01N21/3563GK104458641SQ201410720154
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】劉華松, 劉丹丹, 季一勤, 王利栓, 姜承慧, 姜玉剛 申請人:中國航天科工集團第三研究院第八三五八研究所