原子薄膜厚度的微变布儒斯特角偏光测量方法研究
批准号:
52075383
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
胡春光
依托单位:
学科分类:
机械测试与仪器
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡春光
中文摘要
原子或近原子尺度制造是现代制造发展的未来方向,其核心技术之一是材料厚度的原子量级可控增减或转移。然而,原子量级薄膜受尺寸效应和界面效应的影响显著,信号微弱,性质多变,测量难度大。现有的光学、扫描电镜、原子力显微镜等技术在测量性能、效率、使用环境等方面存在局限性,无法满足精准高效的测量要求,新型制造工艺亟需发展超精密厚度测量技术。本项目聚焦原子薄膜厚度精准测量问题,提出运用超薄膜复合结构在等效布儒斯特角附近的光学响应与薄膜厚度的超灵敏强关联性,发展微变布儒斯特角偏光特性测量方法,并从原子薄膜复合结构的数学建模、原子量级厚度变化对材料偏光特性的作用机理与规律、亚毫弧度角度分辨的偏光特性精密测量技术研发,和面向典型超精密加工工艺的实验研究等方面展开工作。项目将为原子尺度制造提供一种精密、高效、适用性好的厚度测量方案,并推动该尺度下光学测量方法的基础研究。
英文摘要
Atomic or close-to-atomic scale manufacturing is the future of manufacture. Atomic-thickness film (Å-film) is a key and general part for atomic scale manufacturing as it has both microscopic thickness and macroscopic area. To realize thickness controllable fabrication of the Å-film, thickness measurement method with subatomic precision is necessary. But signals induced by the addition or subtraction of monolayer are very small and easily various to working conditions. The signals are normally buried in those noises from large volume substrate and effects of interfaces. Although several techniques, like optical methods, scanning electronic microscopy, and atomic force microscopy, have been successfully applied to measure the thickness of ultrathin films, they still have many limits in testing performance, operation requirement, and working efficiency. There is no atomic precision thickness measurement solution available for mass production in the near future. Focused on the scientific problem mentioned above, this proposal aims to develop a new high thickness sensitivity method based on a strongly mutual interaction between the structure and the optical properties of thin films at near Brewster angle. The research mainly includes four parts: optical model and its optical properties of Å-film, influence and mechanism of the thickness change in an atomic level on the film’s optical properties, development on new film thickness measurement method based on an optical polarization theory at near Brewster angle, building up a prototype of the new instrument, and an experimental research to test the prototype in different manufacturing processes. The success of this proposal will lead to a step forward for the development of optical measurement technique and, for sure, provide a precise, efficient, robust, and valuable solution to atomic scale manufacturing.
本项目聚焦超精密制造前沿研究中原子薄膜精确测量难题,系统研究了面向原子薄膜的准布鲁斯特角偏光测量方法,通过数学模型推导和仿真分析,形成了原子薄膜高灵敏光学测量的理论基础,提出了单波长扫角和宽角度并行测量两种技术实现方案,开展了面向超精密抛光和层状原子薄膜的两类代表性应用研究,主要创新包括:1)建立了膜层堆叠系统调制准布鲁斯特角偏光特性的理论模型,揭示了原子薄膜在不同膜层结构和衬底体系下的偏光响应特性;2)提出了硬脆晶体抛光质量演变的准布鲁斯特角偏光测量技术,开展了GGG、YAG和Lu2O3等典型激光晶体的抛光表面和亚表面质量演变的实验研究,揭示了抛光过程中表面和亚表面演变规律;3)提出了层状原子薄膜的准布鲁斯特角偏光测量技术,在MoS2、WSe2及MoTe2等典型层状原子薄膜上实验实现了小于1 nm的厚度增减引发超过1°准布鲁斯特角变化的高灵敏探测能力,印证了层状原子薄膜光学常数的层依赖性;4)提出了基于液晶调制的单波长扫角式准布鲁斯特角偏光测量技术和基于背焦面成像原理的角分辨准布鲁斯特角偏光测量技术,研制了样机,实现原子级膜层结构高精度快速测量。项目共发表学术论文25篇,其中中科院1区和2区12篇;申请发明专利5项,授权2项;邀请报告16个;培养博士后1名、博士3名、硕士9名;项目成果在中国科学院微电子研究所、中国计量科学研究院、中国工程物理研究院、华海清科股份有限公司等科研院所及企业展开应用,获得2022年国家级教学成果二等奖1项,第六届中国(国际)传感器创新创业大赛决赛一等奖1项,第十七届iCAN大学生创新创业大赛全国总决赛二等奖1项,天津市工程专业学位硕士优秀学位论文1篇,国内外学术会议优秀论文和最佳口头报告各1项,获批教育部学位与研究生教育发展中心《中国专业学位案例中心工程案例》项目1项,参与完成教育部关键领域工程硕博士核心课程-《精密计量与测试》建设,1个自主研发的仪器入选中国仪器仪表学会科研仪器案例库。
微结构表面应力的反射差分光谱成像:技术实现与评价方法
-
批准号:61008028
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:21.0万元
-
批准年份:2010
-
负责人:胡春光
-
依托单位:
国内基金
海外基金