本文从原理和应用的角度介绍了激光干涉测温技术。
干涉测温技术原理
干涉测温技术是几种主要的激光测温方法之一。
当入射激光束照射到具有两个平行平面的透明板上时,由于透明板中的多次反射而产生的干涉会出现,并且可以观察到光条纹,如下图。
d是透明薄膜的物理厚度,
L1和L2的光程差,
光程差与材料的温度相关系数,也与激光的入射波长相关。
指定波长情况下,通过量测条纹的变化,可以推算出厚度d(热膨胀)、折射率n的变化,进一步可以推测出温度的变化。
干涉测温技术应用
干涉测温技术只能在衬底材料相对于探测光束透明时使用。
使用632.8nm的He-Ne激光器研究许多光学透明电介质,其中热膨胀是主要影响。
1.15um和1.5um的IR激光器则用于半导体工艺(Si、GaAs、InP、InGaAsP)的温度监测,如等离子体蚀刻、薄膜沉积和退火。
对于介电材料的温度测量,热膨胀在光路变化中占主导地位。
然而,对于半导体干涉温度测量,热膨胀效应和折射率的温度依赖性都会导致干涉现象。折射率的温度依赖性是由折射率直接相关的能隙Eg的温度依赖引起的。因此,当通过干涉测温法确定温度时,必须同时考虑热膨胀和折射率。
通常,热膨胀系数的值比折射率的温度系数小大约一个数量级,如下图。
因此,半导体干涉测量法对折射率的变化比对厚度的变化敏感大约10倍。
图:硅衬底温度测量实验系统,来自:Studies on real-time and high sensitive monitoring methods for material processing using ultrashort-pulse laser techniques
审核编辑:刘清
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