В России предложили новый способ измерения оптической толщины тонких пленок

Ученые Научно-технологического центра уникального приборостроения (НТЦ УП) РАН и Института ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН представили новую технику измерения оптической толщины тонких диэлектрических покрытий. Метод позволит быстрее и тщательнее изучать их свойства, что усовершенствует процесс изготовления таких пленок, сообщили в понедельник в пресс-службе Минобрнауки РФ.

Диэлектрические пленки - слои материала, толщина которых находится в диапазоне от долей нанометра (моноатомного слоя) до нескольких микрон. Их применяют во всех оптических устройствах - от специализированных (спектрометры) до потребительских (камеры мобильных телефонов). При изготовлении таких пленок необходимо контролировать их толщину, даже на атомарном уровне. Измерять толщину и оптические свойства (прозрачность, цвет, блеск) даже очень тонких пленок (с толщиной менее 10 нм) помогает метод поверхностного плазмонного резонанса (ППР) - явления перехода энергии света из объемной электромагнитной волны в поверхностную на границе металла и диэлектрика (материала, слабо проводящего электрический ток).

"Обычно при ППР применяется лазерное излучение. Для этого метода необходимо соблюсти определенные условия. Одно из них - использование призмы с напылением тонкого слоя металла, так называемая схема Кречмана. При определенном для каждой длины волны угле падения света на основание призмы в отраженном свете мы наблюдаем провал в интенсивности, то есть свет практически не отражается при резонансном угле падения, и вся его энергия переходит в поверхностную волну. В таком случае измеренную зависимость от длины волны или угла называют резонансной кривой. Полученные резонансные кривые позволяют очень точно определять оптические свойства и толщину тонких металлических пленок и их покрытий", - приводит пресс-служба слова старшего научного сотрудника НТЦ УП РАН Илдуса Хасанова.

Усовершенствованный метод

Ученые решили усовершенствовать этот существующий еще с 1980-х годов метод, применив акустооптический перестраиваемый фильтр, производимый в НТЦ УП РАН, - кристалл, который позволяет использовать излучение широкополосного источника света, например, лампы или солнечного света, с его помощью можно фильтровать цвет изображений. "Наш акустооптический кристалл отличается высокой степенью однородности и прозрачности, что позволяет использовать его для построения спектральных изображений. Это позволило использовать некогеретный (нелазерный, обыкновенный) источник света и проводить ППР-измерения одновременно в спектральном и угловом режимах сканирования для получения монохроматического (определенного цвета) света, а также видеть изображения резонансных кривых. Таким образом, мы одновременно узнаем больше информации о тонкой пленке и можем подробнее изучать ее свойства", - пояснил Хасанов.

Эксперименты показали, что использование некогеретного монохроматического света создает меньший шум в резонансных кривых по сравнению с лазерным, что также позволяет повысить точность измерения пленок. По словам авторов, предложенный метод даст возможность исследовать даже очень тонкие пленки, что поможет изготавливать более сложные многослойные покрытия и в перспективе производить пленки с лучшими свойствами. Одним из результатов исследования стало также наблюдение разницы в спектрах ППР для незначительно отличающихся толщин покрытия. Это позволяет рассчитывать, что новая оптическая техника может быть использована для неразрушающего контроля при производстве тонких пленок.

Исследователи надеются, что данная работа расширит область применения акустооптических перестраиваемых фильтров, разрабатываемых в НТЦ УП РАН. Исследование выполнено при финансовой поддержке Совета по грантам президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/17486333