薄膜红外特征吸收峰分峰数量确定方法
【专利摘要】本发明属于光学薄膜低折射【技术领域】，具体涉及一种SiO2薄膜红外特征吸收峰数量确定方法。本发明涉及光学薄膜在红外特征吸收峰叠加情况，对叠加吸收峰数量的精确分解方法，具体提出一种对薄膜材料红外特征吸收光谱吸收峰数量的确定方法，其将不同的吸收峰等效为化学物质的成分，利用红外光谱测量技术确定化学物质成分组成的原理，对薄膜样品进行处理后进行吸收峰数量的确定。本发明优点是在于可以准确确定薄膜的吸收峰数量，特别是对于相近吸收峰叠加的情况效果最为明显。由此，本发明提出通对吸收峰的分解方法，实现能够精确确定吸收峰的叠加数量，为材料介电常数的反演计算奠定技术基础。
【专利说明】一种Si02薄膜红外特征吸收峰分峰数量确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学薄膜低折射【技术领域】，具体涉及一种si〇2薄膜红外特征吸收峰数 量确定方法。
【背景技术】
[0002] Si02薄膜是重要的光学薄膜低折射率材料之一，具有宽透明区（0. 15 ? 8Um)、低折射率、硬度高、热膨胀系数低、电绝缘性、耐摩擦、耐酸碱、抗腐蚀等优点，广泛应 用于从紫外到中红外波段光学薄膜领域，如高反膜、减反膜、介质膜、波长分束器、带通滤光 片、偏振片等。Si02薄膜制备方法有电子束蒸发、离子辅助、离子束溅射、磁控溅射、溶胶-凝 胶、原子层沉积等，不同的成膜方式其特性具有较大的差别。
[0003] 评价Si02薄膜结构的方法有X射线衍射法（XRD)、X射线光电子能谱法（XPS)、扫 描电子显微镜法（SEM或TEM)、原子力显微镜（AFM)、红外光谱（FTIR)等，主要表征薄膜的 晶向结构、化学计量、表面/断面结构、表面微结构和[Si04]网络连接结构。无定形Si02M 料是由大量的[Si04]四面体构成，这些四面体通过Si-0-Si键随机相互连接构成随机网络 玻璃结构。当红外光波与Si02材料作用时，Si-0-Si键的简正振动频率与入射光波频率相 同时，在红外光谱400CHT1?1500CHT1范围内会出现系列的振动吸收峰，可以得到Si-0-Si 的键角和短程有序的连接信息，因此基于红外波段介电常数能量损耗函数是表征Si02薄膜 短程有序微结构是一种常用的方法。
[0004] 获得Si02薄膜红外介电常数的通常方法是先测量薄膜的红外透射光谱，然后使用 色散模型对薄膜的红外透射光谱进行拟合。在Si02玻璃的红外介电常数研究中，一般采用 振子吸收模型描述介电常数在该波段内的色散，在无定形玻璃态非晶材料研究中，高斯振 子模型应用获得了精确了介电常数表征，可以将该模型应用于无定形Si02薄膜的介电常数 研究中在振子模型中，振子数量的确定上依赖于材料的特征吸收峰值。对于Si02薄膜材料， 在900CHT1?1500CHT1之间存在多个相近共振吸收峰的叠加，而且每个吸收峰反应的[Si04] 四面体单元连接方式不同，因此如何精确确定在该范围内独立吸收峰的数量是拟合计算振 子数量的关键。
[0005] 目前国内外还没有关于固体薄膜材料特征吸收峰叠加成分的精确分解的报道，相 关的研究也是通过人为确定吸收峰的成分数量。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 本发明要解决的技术问题是：如何提供一种Si02薄膜红外特征吸收峰数量确定方 法。
[0008] (二）技术方案
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提供一种Si02薄膜红外特征吸收峰数量确定方法， 其包括如下步骤：
[0010] 步骤S1 :首先在硅基底制备薄膜样品，通过加热或者物理减薄的方法，在不改变 薄膜介电常数的前提下，获得N个薄膜的样品；
[0011] 步骤S2 :利用红外光谱仪测量N个薄膜样品的红外透过率或红外反射率光谱，测 量波长为入：、入2、......入m，扫描步长为八入，m=(入^入^/八入，其中，m远大于N;对于 红外光透射的样品测量其透过率光谱I\、T2、…TN，而对于红外光不透明的样品则测量其反 射率光谱K ;
[0012] 步骤S3:将测量的光谱矩阵化如下：
【权利要求】
1. 一种SiO2薄膜红外特征吸收峰数量确定方法，其特征在于，其包括如下步骤： 步骤Sl:首先在硅基底制备薄膜样品，通过加热或者物理减薄的方法，在不改变薄膜 介电常数的前提下，获得N个薄膜的样品； 步骤S2 :利用红外光谱仪测量N个薄膜样品的红外透过率或红外反射率光谱，测量波 长为λ"λ2.......λm，扫描步长为Λλ，m=(λm-λ1)/Λλ，其中，m远大于N;对于红 外光透射的样品测量其透过率光谱?\、Τ2、…Tn，而对于红外光不透明的样品则测量其反射 率光谱κ ; 步骤S3 :将测量的光谱矩阵化如下：
步骤S4 :计算出光谱矩阵TmXN的协方差矩阵A:
步骤S5 :计算出光谱协方差矩阵A的特征矩阵Anxn，对角线外元素全部为零，本征值 非零的个数就为光谱内的吸收峰值个数：
在确定个数的过程中，由于矩阵特征值不可能具有完全等于零的数，只能无限小，因此 按照下面的两种方法判断定非零本征值的个数： 第一种方法：定义误差函数RE，矩阵Anxn中大于误差函数RE的就认为是非零本征值， 非零本征值的数量即为分峰数量，RE的表达式如下：
其中，k为大于1的自然整数，m为光谱中波长点数，N为样品数； 第二种方法：定义指数误差函数IND，IND由大到最小再由最小到最大，计算由大到小 的个数即可得到分峰数，IND函数表达式如下：
其中，k为大于1的自然整数，m为光谱中波长点数，N为样品数。
【文档编号】G01N21/3563GK104458641SQ201410720154
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】刘华松, 刘丹丹, 季一勤, 王利栓, 姜承慧, 姜玉刚 申请人:中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所