一种金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及镀膜玻璃领域，尤其涉及一种金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方 法。
【背景技术】
[0002] 镀膜玻璃（如离线LOW-E镀膜玻璃、阳光控制镀膜玻璃等）是在玻璃表面镀制一 层或多层薄膜，以改变玻璃的光学性能，满足某种特定要求。金属吸收膜层在膜系中起到遮 阳、提高膜层附着力及耐环境性能的作用。例如，金属吸收膜层在离线低辐射（LOW-E)膜系 中作为牺牲层，能防止低辐射功能层（如，贵金属Ag薄膜）在后续加工及储存中被氧化或 腐蚀，并能够提高低辐射功能层（如，Ag薄膜）的附着力；在阳光控制膜系中主要是利用金 属吸收膜层具有较高的消光系数的这一材料特性，通过膜系设计而实现遮阳的性能。由于 镀膜产品涉及可见光透光、反射、太阳光透光、反射、颜色等诸多性能指标，因此，需要针对 具体指标使用膜系设计软件进行设计。但使用膜系设计软件的关键在于准确及时获得实际 生产的膜层光学常数（折射率、消光系数）及单位功率沉积膜层厚度数据。
[0003] 目前主要采用椭偏仪测量膜层的光学常数及采用台阶仪测量膜层的厚度。但椭偏 仪设备成本较高，在使用上专业性也较强，数据分析时间长；而且椭偏仪测试方法是利用反 射光信号进行分析，反射光所包含的信息对膜层吸收性能不敏感，因此在分析金属吸收膜 层光学常数的消光系数存在局限性。采用台阶仪测量膜层厚度时，需要制备台阶，制样周期 长，而且金属吸收膜层厚度一般小于20nm，由于金属属性膜层表面相对较软，因此使用台阶 法测量厚度时由于探针物理接触会导致膜层划伤，在小于20nm高度台阶条件下，测量误差 较大。
[0004] 鉴于上述现有的专业测试仪器存在的不足，使得这些测试仪器无法及时、准确地 获得实际生产的膜层光学常数及厚度，从而使工厂很难及时准确的获得实际生产的金属吸 收膜层光学常数及厚度，导致使用膜系设计软件时输入参数与实际脱节。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明实施例提供一种金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法，主 要目的是及时、准确地测试出金属吸收膜层的光学常数及厚度。
[0006] 为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
[0007] 本发明实施例提供了一种金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法，包括如下步 骤：
[0008] 制备N个镀膜样品，每个镀膜样品包括基片及镀制在基片上的金属吸收膜层；其 中，N为多2的整数，且任意两个镀膜样品的金属吸收膜层镀制厚度不同；
[0009] 测量出镀膜样品在预定波长范围的透射光谱Tc( λ );
[0010] 建立光学常数多项式模型；其中，所述光学常数多项式模型表示金属吸收膜层的 光学常数随波长的变化关系； toon] 对光学常数多项式模型的参数及镀膜样品的膜层厚度进行初设设置，形成初始 值；
[0012] 利用遗传算法，以所述初始值为遗传算法的搜索起点，以所述透射光谱为遗传算 法的搜索依据，并通过遗传算法参数控制遗传过程，最终得到金属吸收膜层的折射率、消光 系数及厚度。
[0013] 前述的金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法，采用分光光度计测量出镀膜样 品在300-2500nm波长范围内的透射光谱；所述透射光谱为测量透射光谱T e( λ )。
[0014] 前述的金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法，利用遗传算法，通过初始值为 搜索起点生成初始种群；
[0015] 根据光学常数多项式模型及导纳矩阵光谱计算方法，得到种群中个体的计算透射 光谱ττ(λ);
[0016] 将计算透射光谱与测量透射光谱按照评价函数进行比较排序；其中，所述评价函 数为计算透射光谱Τ τ( λ )和测量透射光谱Tc( λ )之间的均方差MSE ;
[0017] 若MSE < KT3或彡40次迭代，就终止遗传过程，即获得金属吸收膜的光学常数及 膜层厚度；
[0018] 若MSE彡KT3且< 40次迭代，则继续进行遗传过程。
[0019] 前述的金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法，所述遗传算法参数设置为：
[0020] 种群中个体数量为40-50个；
[0021] 精英数量大于4个，且不大于所述种群中个体数量的一半；
[0022] 交叉比例为0.3-0. 6。
[0023] 前述的金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法，所述镀膜样品为两个；若两个 镀膜样品是基片以相同速率经过靶材镀制而成时，则其中一个镀膜样品的金属吸收膜层镀 制功率为另一个镀膜样品的金属吸收膜层镀制功率的M倍；
[0024] 若两个镀膜样品的镀制功率相同时，则其中一个镀膜样品的基片经过靶材运动速 率为另一个镀膜样品的基片经过靶材运动速率的M倍；
[0025] 所述M为正数。
[0026] 前述的金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法，所述计算透射光谱Ττ( λ )和测 量透射光谱TJ λ )之间的均方差MSE的计算公式为：
【主权项】
1. 一种金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤： 制备N个镀膜样品，每个镀膜样品包括基片及镀制在基片上的金属吸收膜层；其中，N 为多2的整数，且任意两个镀膜样品的金属吸收膜层厚度不同； 测量出镀膜样品在预定波长范围的透射光谱TJA); 建立光学常数多项式模型；其中，所述光学常数多项式模型表示金属吸收膜层的光学 常数随波长的变化关系； 对光学常数多项式模型的参数及镀膜样品的膜层厚度进行初始设置，形成初始值； 利用遗传算法，以所述初始值为遗传算法的搜索起点，以所述透射光谱为遗传算法的 搜索依据，并通过遗传算法参数控制遗传过程，得到金属吸收膜层的折射率、消光系数及厚 度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用分光光度计测量出镀膜样品在 300-2500nm波长范围内的透射光谱； 所述透射光谱为测量透射光谱T。（ λ )。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 利用遗传算法，通过初始值为搜索起点生成初始种群； 根据光学常数多项式模型及导纳矩阵光谱计算方法，得到种群中个体的计算透射光谱 Tj(入）； 将计算透射光谱与测量透射光谱按照评价函数进行比较排序；其中，所述评价函数为 计算透射光谱Ττ( λ )和测量透射光谱Tc( λ )之间的均方差MSE ; 若MSE < KT3或多40次迭代，就终止遗传过程，即获得金属吸收膜的光学常数及膜层 厚度； 若MSE彡10_3且< 40次迭代，则继续进行遗传过程。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述遗传算法参数设置为： 种群中个体数量为40-50个； 精英数量大于4个，且不大于所述种群中个体数量的一半； 交叉比例为0.3-0. 6。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述镀膜样品为两个； 若两个镀膜样品是基片以相同速率经过靶材镀制而成的，则其中一个镀膜样品的金属 吸收膜层镀制功率为另一个镀膜样品的金属吸收膜层镀制功率的M倍； 若两个镀膜样品的镀制功率相同时，则其中一个镀膜样品的基片经过靶材运动速率为 另一个镀膜样品的基片经过靶材运动速率的M倍； 其中，所述M为正数。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算透射光谱T / λ )和测量透射光 谱Tc ( λ )之间的均方差MSE的计算公式为： MSE、Tij(x)-T】.cWf+(T2Ja)-T lca)fwuM)m 其中，所述Tu ( λ )，Τ2, τ ( λ )为两个镀膜样品的计算光谱；T1,。（ λ )，Τ2,。（ λ )为两个镀 膜样品对应的测量透射光谱；NUM为数据点个数。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光学常数多项式模型为： η ( λ ) = A0+A1 · λ +A2 · λ 2+Α3 · λ 3+··· +A7 · λ 7; k ( λ ) = Bc^B1 · λ +B2 · λ 2+Β3 · λ 3+…+B7 · λ 7; 其中，η为折射率，k为消光系数，λ为波长。
【专利摘要】本发明公开了一种金属吸收膜层光学常数及厚度的测量方法，涉及镀膜玻璃领域，解决了现有技术无法准确、及时测量出金属吸收膜层的光学常数和厚度的问题。本发明的主要技术方案为：制备N个镀膜样品，每个镀膜样品包括基片及镀制在基片上的金属吸收膜层；测量出镀膜样品在预定波长范围的透射光谱；对光学常数多项式模型的参数及镀膜样品的膜层厚度进行初始设置，形成初始值；利用遗传算法，以初始值为搜索起点，以透射光谱为搜索依据，通过遗传算法参数设置，最终得到金属吸收膜层的折射率、消光系数及厚度。本发明主要用于及时、准确地测试出金属吸收膜层的光学常数及厚度，以简化产品设计开发及生产控制过程，进而减少企业设备投资成本。
【IPC分类】G01B11-06, G01N21-25, G01N21-41
【公开号】CN104730034
【申请号】CN201510166184
【发明人】余刚, 汪洪
【申请人】中国建筑材料科学研究总院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月9日