在当今先进制造业的众多领域,如半导体、微电子、光学、显示、新能源、汽车以及航空航天等,薄膜厚度的精确测量已然成为保障产品质量、控制成本以及推动技术创新的关键环节。从芯片制造中至关重要的光刻胶和介电层,到MEMS器件的功能薄膜,再到光伏电池的减反射膜以及钙钛矿太阳能电池的功能层等,薄膜厚度的精准把控都直接影响着产品的功能性与安全性,同时也关乎着企业在成本控制和研发技术方面的突破。
技术本质:当光波照射到薄膜表面时,会在薄膜表面与基底之间发生反射,这些反射光会产生干涉现象。通过精密分析这种干涉现象,结合光谱反射率以及薄膜和基底的折射率等参数,就能够精确计算出薄膜的厚度。
行业应用:在半导体光刻胶、液晶显示膜、光学镀膜以及量子点等透明/半透明薄膜的厚度测量中应用广泛。例如,在半导体光刻胶的生产的全部过程中,精确测量光刻胶的厚度对于确保芯片制造的精度和质量至关重要。景颐光电在光谱反射/光干涉法的膜厚检测仪研发方面有着深厚的技术积累,其研发的光学反射膜厚仪FILMTHICK - Mapping,可实现对多种透明/半透明薄膜的精确测量,厚度范围覆盖1nm至250μm,能够很好的满足不同行业对于薄膜厚度测量的高精度需求。
技术优势:该方法具有较高的测量精度,能够很好的满足纳米级甚至亚纳米级的薄膜厚度测量要求。而且对于透明/半透明薄膜的测量效果很好,可提供详细的薄膜厚度信息。理论上,只有透明/半透明材料制造成的薄膜才可被光波穿透做测量,但实际上,当金属膜厚度极薄,仅有几百纳米甚至几纳米时,部分光波也能穿透,此时也可利用光干涉原理的膜厚检测仪精确测量其厚度。
技术本质:利用磁性基体上非磁性涂层会引起磁阻变化的特性来确定涂层厚度。当测量探头靠近磁性基体上的非磁性涂层时,涂层的厚度会影响探头与基体之间的磁通量,因此导致磁阻发生明显的变化,经过测量这种磁阻变化就可以计算出涂层的厚度。
行业应用:一般适用于导磁金属基材上的非导磁涂层测量,如钢结构防腐层、汽车喷涂等领域。在钢结构防腐工程中,准确测量防腐蚀涂层的厚度能保证涂层可以有明显效果地保护钢结构免受腐蚀,延长钢结构的使用寿命。
技术优势:测量方法简单、快速,适用于现场测量。而且对于导磁金属基材上的非导磁涂层测量精度较高,能够很好的满足一般工业生产中的质量控制需求。
技术本质:通过在探头线圈中通入高频交变电流,从而在线圈周围产生电磁场。当导电金属基体上存在非导电涂层时,涂层会改变电磁场在基体中的分布,进而影响涡流的反馈信号。通过一系列分析这种涡流反馈信号的变化,就可以计算出涂层的厚度。
行业应用:常用于导电金属基材的非导电涂层测量,如航空航天器表面、铝制品氧化膜等。在航空航天领域,对飞行器表面涂层厚度的精确测量对于保证飞行器的气动性能和结构完整性具备极其重大意义。
技术优势:测量速度快,可实现非接触式测量,不会对被测物体造成损伤。同时,对于导电金属基材上的非导电涂层测量精度较高,能够很好的满足航空航天等高端领域的测量需求。
测量技术:最重要的包含光谱椭偏仪、高精度分光干涉膜厚检测仪(如景颐光电的膜厚测量仪FILMTHICK - C10)、白光干涉法等。光谱椭偏仪经过测量反射光的偏振态变化来确定薄膜的厚度和光学常数,具有极高的测量精度,能达到亚纳米级。高精度分光干涉膜厚检测仪则利用光的干涉原理,结合高精度的光谱分析技术,实现对纳米级薄膜厚度的精确测量。白光干涉法通过一系列分析白光在薄膜表面的干涉条纹来测量薄膜厚度,具有非接触、高精度等优点。
应用领域:大范围的应用于半导体薄膜(如氮化硅、光刻胶)、钙钛矿、量子点等领域。在半导体制造中,纳米级薄膜厚度的精确控制对于芯片的性能和可靠性至关重要。例如,氮化硅薄膜在半导体器件中具备极其重大的应用,其厚度的精确测量对于保证器件的性能和成品率具备极其重大意义。景颐光电的膜厚测量仪FILMTHICK - C10在纳米级薄膜厚度测量方面表现出色,其具有高精度、高稳定性等特点,能够很好的满足半导体等高端领域对于薄膜厚度测量的严格要求。
测量技术:高精度分光干涉膜厚检测仪(如景颐光电的膜厚测量仪FILMTHICK - C10)、白光干涉仪等。这些测量技术在亚微米级薄膜厚度测量方面具有较高的精度和可靠性,能够很好的满足大多数工业生产里的测量需求。
应用领域:主要使用在于光学镀膜、MEMS器件薄膜等领域。在光学镀膜中,薄膜厚度的精确控制对于光学器件的性能和光学特性具备极其重大影响。例如,在光学镜片的镀膜过程中,精确测量薄膜厚度能保证镜片拥有非常良好的光学性能,如高透过率、低反射率等。
综合考虑膜厚检测仪的测量原理和薄膜厚度量级,可以极大地缩小适合待测薄膜的测量产品范围。在此基础上,还需要结合测量效果、精度要求、测量效率以及仪器成本等各方面因素,才能选定最合适的薄膜厚度测量方式。
例如,对于高精度的纳米级薄膜厚度测量,光谱椭偏仪或高精度分光干涉膜厚检测仪可能是最佳选择,但这些仪器的成本相比来说较高。对于工业生产里的质量控制,磁性法或涡流法等快速、简便的测量方法可能更为适用,虽然其测量精度相比来说较低,但能够很好的满足一般的质量控制需求。对于复杂成分或多层涂层的测量,荧光X射线法可能是更好的选择,能够同时测量涂层的成分和厚度。
此外,还需要仔细考虑测量环境、被测物体的材质和形状等因素。例如,在高温、高压等特殊环境下,放射测厚法或超声波测厚法可能更为合适。对于不规则形状的被测物体,非接触式的测量方法可能更为适用,如光干涉法、涡流法等。
膜厚检测仪的选型需要考虑多方面因素,根据具体的应用需求和测量场景选择最合适的测量方法和仪器。景颐光电作为专业的膜厚检测仪研发和生产厂商,拥有丰富的产品系列和先进的技术,能够为客户提供全面的膜厚测量解决方案,帮助客户实现薄膜厚度的精确测量和质量控制。
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