[發明專利]一種基于橢偏儀的納米材料熔點的測量方法

無效

• 申請號: 201310077694.4
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103175785A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 張冬旭;鄭玉祥;陳良堯;吳康寧;張榮君;王松有;李晶;楊月梅
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于熱學測量技術領域，具體涉及一種利用橢偏儀測量納米材料熔點的方法。?

背景技術

精確測量納米尺度下材料的熔點是研究納米材料性質的重要技術。例如在制造納米信息器件的工藝中，當材料的尺寸小到納米尺度時，其熱學性質會發生明顯的變化，而這種變化將直接影響器件的溫度穩定性。傳統的測量納米材料熔點的方法主要有兩種，一種是透射電子顯微鏡，通過觀察透射電子的衍射圖樣，根據圖樣的改變來判斷納米材料的熔點，但是這種方法不能實時快速的測量，而且制樣比較麻煩；另一種方法是熱量計，通過測量納米材料的熔化潛熱來確定熔點，這種方法在測量中需要接觸樣品，對樣品會有損傷。而橢圓偏振光譜儀是一種非接觸的、非破壞的、快速的測量方法，它能夠通過測量經樣品反射后偏振光的偏振態的改變精確得到樣品的光學信息。因此本發明利用橢偏儀可以在不同溫度下實時測量納米材料的光學常數，通過光學常數的變化反映納米材料結構的變化，從而得到納米材料的熔點。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠非接觸、非破壞、快速測量納米材料熔點的方法。

本發明利用光學測量方法的非接觸、非破壞、快速的特點，考慮到材料的光學性質與結構有密不可分的關系，而材料從固態變到液態的本質是材料的結構發生改變，提出一種基于橢偏儀的熔點的測量方法。該方法主要利用橢偏儀測量被測樣品的光學常數，通過光學常數的改變來反映材料結構的改變，從而得到納米材料的熔點。具體測量步驟如下：?

（1）首先，利用反射式橢偏儀測量不同溫度下納米材料的p光、s光的反射率的比值tanΨ和相位延遲Δ；

（2）然后通過測量得到橢偏參數Ψ、Δ，計算出材料的介電常數ε₁、ε₂以及折射率n、消光系數k。

其中，對于體材料，上述參數可以通過以下公式求得：?

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（3）計算光學常數隨溫度的變化率，例如：dΨ/dT、dΔ/dT、dn/dT、dk/dT、dε₁/dT和dε₂/dT等；

（4）比較光學常數隨溫度的變化譜，以及變化率隨溫度的變化譜，通過觀察突變來確定被測納米材料的熔點。

本發明方法的基本原理如下：圖1為典型反射式橢圓偏振儀的工作原理示意圖：一束已知偏振態的信號光入射到被測樣品表面，光束與樣品發生作用，使得反射光的偏振態發生變化（本系統為由線偏振態變為橢圓偏振態）。因光的偏振態變化與樣品的結構有關，通過測量偏振態的變化，即可反演獲得樣品的結構信息，而結構信息最直接的反映，就是材料的光學常數。利用橢偏儀，我們就可以測量不同溫度下納米材料的光學常數。因為溫度可以影響薄膜中電子與聲子的能量，從而影響光子與電聲子的相互作用，進而改變材料的光學常數，所以材料的光學常數隨溫度是變化的。這種變化取決于材料本身的性質，一般來說，對于金屬材料，其光學常數隨溫度的變化主要取決于自由載流子的移動以及晶格的振動隨溫度的變化；而對于半導體材料，其光學常數隨溫度的變化主要取決于電子躍遷以及晶格振動隨溫度的變化。然而從固態轉變到液態，是結構上發生了本質的變化，即其結構從有序轉變到了無序，因此其光學常數隨溫度的變化會發生突變。利用這個原理，通過觀察這個突變的發生，從而能夠確定材料的熔點。?

附圖說明

圖1為反射式變溫橢偏儀工作原理示意圖。?

圖2為Sn薄膜的橢偏參數Ψ隨溫度的變化曲線。?

圖中標號：1為光源，2為起偏器，3為樣品臺，4為檢偏器，5為探測器，6為溫控儀，7為熱電阻，8為K型熱電偶，9為繼電器，10為電源。?

具體實施方式

下面通過測量Sn的熔點這個實例來描述本發明的具體實施辦法。?

1、利用電子束蒸發的方法制備一層約40納米厚的Sn薄膜，然后再在表面制備一層約100納米厚的SiO₂薄膜，以防止Sn薄膜在高溫下在空氣中氧化。?

2、利用橢圓偏振光譜儀對所述Sn薄膜樣品進行測量。?