用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法，利用光譜橢偏儀，采用有效介質(zhì)近似層和四步擬合方法，包括：在襯底上形成納米顆粒材料層，得到第一模型，對納米顆粒材料層進(jìn)行直接擬合，得到初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果；在納米顆粒材料層上形成納米顆粒材料與空氣的混合層，使得到的第二模型符合實(shí)際納米顆粒特征；去除納米顆粒材料層，更改納米顆粒材料與空氣的混合層的厚度與比例參數(shù)，得到第三模型，使混合層包含從頂層到底層比例一致的納米顆粒材料與空氣，并對更改后的混合層進(jìn)行擬合；將更改后的混合層改進(jìn)為有效介質(zhì)近似層進(jìn)行擬合，獲得納米顆粒的光學(xué)性質(zhì)信息。本方法能滿足數(shù)學(xué)上的擬合度以及物理上的形貌特征，更準(zhǔn)確的獲取納米顆粒光學(xué)性質(zhì)信息。
【專利說明】
用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光電子學(xué)和納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于納米顆粒的光譜橢 偏擬合方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米顆粒由于具有獨(dú)特的尺寸效應(yīng)，其物理性質(zhì)如光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和磁學(xué)等相對 于體相材料會(huì)發(fā)生明顯的變化，目前已經(jīng)在太陽能電池、光電催化、光電子器件、生物傳感 器、信息存儲(chǔ)、成像和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 納米顆粒的特殊物理性質(zhì)與其大小、形狀和顆粒間距等因素密切相關(guān)，因此在實(shí) 驗(yàn)中準(zhǔn)確地測量納米顆粒的表面形貌和光學(xué)性質(zhì)十分重要。納米顆粒的表面形貌通?？梢?使用掃描電子顯微鏡SEM和原子力顯微鏡AFM檢測，而光學(xué)性質(zhì)(包括薄膜厚度、折射率、消 光系數(shù)和介電常數(shù)等參數(shù))的測試，使用的儀器主要是光譜橢偏儀。光譜橢偏儀是一種利用 光的偏振特性獲取待測樣品信息的通用光學(xué)測量儀器，其基本原理是通過起偏器將特殊的 橢圓偏振光投射到待測樣品表面，通過測量待測樣品的反射光(或透射光），以獲得偏振光 在反射(或透射)前后的偏振態(tài)變化(包括振幅比和相位差），從而提取出待測樣品的信息。 在對表面連續(xù)且平整的材料薄膜的橢偏擬合中，采用直接的單個(gè)材料層擬合的方式，便能 得到高度準(zhǔn)確的擬合結(jié)果，獲取的光學(xué)物理參量即為所制備薄膜材料的光學(xué)性質(zhì)。但當(dāng)材 料為彼此離散的納米顆粒時(shí)，由于顆粒間空氣成分的存在，即顆粒-空氣-襯底彼此間的折 射、反射和散射等帶來的綜合影響使得納米顆粒的光學(xué)性質(zhì)已經(jīng)偏離連續(xù)的薄膜材料，此 時(shí)直接擬合的方式不僅數(shù)學(xué)上很難實(shí)現(xiàn)完美的擬合，即最小均方差MSE偏高，而且物理上也 不符合離散納米顆粒的真實(shí)情況，這樣導(dǎo)致最終得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度大幅降低。因此 為獲取納米顆粒更為準(zhǔn)確的光學(xué)信息，同時(shí)滿足數(shù)學(xué)上的擬合度以及物理上的形貌特征， 需要對擬合的模型和參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)，這對于目前光譜橢偏儀的測試來說是一個(gè)重大 的挑戰(zhàn)和亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法，滿 足了數(shù)學(xué)上的擬合度以及物理上的形貌特征，能夠更準(zhǔn)確的獲取納米顆粒的光學(xué)性質(zhì)信 息。
[0005] 第一方面，本發(fā)明提供一種用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法，利用光譜橢偏儀， 采用有效介質(zhì)近似層和四步擬合的方法，具體包括：
[0006] 在襯底上形成納米顆粒材料層，得到第一模型，并對所述納米顆粒材料層進(jìn)行直 接擬合，得到初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
[0007] 在所述納米顆粒材料層上形成納米顆粒材料與空氣的混合層，使得到的第二模型 符合實(shí)際納米顆粒特征；
[0008] 去除第二模型中的納米顆粒材料層，更改納米顆粒材料與空氣的混合層的厚度與 比例參數(shù)，得到第三模型，使所述混合層包含從頂層到底層比例一致的納米顆粒材料與空 氣，并對更改后的混合層進(jìn)行擬合；
[0009] 將更改后的混合層改進(jìn)為有效介質(zhì)近似層進(jìn)行擬合，獲得納米顆粒的光學(xué)性質(zhì)信 息。
[0010] 可選地，所述納米顆粒材料層由納米顆粒材料構(gòu)成，所述納米顆粒材料包括但不 限于:金屬材料、半導(dǎo)體材料和絕緣體材料中的一種或多種。
[00?1 ] 可選地，所述金屬材料包括但不限于：金Au、銀Ag、鉬Pt、銅Cu、·?Α1、鎳Ni、fjiv、鋅 211、鉻0、鎢1、鈦11或者鐵?6。
[0012] 可選地，所述半導(dǎo)體材料包括但不限于:娃Si、鍺Ge、硼B(yǎng)、磷P、銦In、銻Sb、砷化鎵 GaAs、二氧化鈦Ti〇2、二硫化鉬M0S2、氧化銅CuO、氧化亞銅Cu2〇、氧化亞鐵FeO、氧化鐵Fe2〇3、 氧化鋅ZnO、硫化鋅ZnS、碲化鋅ZnTe或者鈦酸鍶SrTi0 3。
[0013] 可選地，所述絕緣體材料包括但不限于：二氧化硅Si02、氧化鋁Al2〇3、氮化鋁A1N、 氮化硅Si 3N4、氮化硼B(yǎng)N、碳化硅SiC、碳酸鹽、硅酸鹽、鈦酸鹽、鈮酸鹽或鍺酸鹽。
[0014] 可選地，所述納米顆粒材料中納米顆粒的厚度為0.1~500nm。
[0015] 可選地，所述納米顆粒材料中納米顆粒的形狀包括但不限于:球形、三角形、矩形、 正方形、菱形、五邊形、六邊形或多邊形；納米顆粒與納米顆粒之間圍成的形狀包括但不限 于:周期性的球形納米顆粒陣列、周期性的方形納米顆粒陣列、周期性的多邊形納米顆粒陣 列、周期性的球形納米孔隙陣列、周期性的方形納米孔隙陣列、周期性的多邊形納米孔隙陣 列、雜散的球形納米顆粒、雜散的方形納米顆粒，雜散的鏈形納米顆粒或雜散的多邊形納米 顆粒。
[0016] 可選地，所述納米顆粒材料的制備方法包括但不限于：電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、磁控 濺射、離子束濺射、離子鍍、原子束沉積、激光脈沖沉積、化學(xué)氣相沉積、分子束外延、溶膠-凝膠法、金屬有機(jī)物分解法、液相-固相法、氧化法、離子注入法或擴(kuò)散法。
[0017] 可選地，所述襯底的材料包括但不限于:硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、砷化鎵、氮 化鎵、氧化鋅、載玻片、FT0導(dǎo)電玻璃或ΙΤ0導(dǎo)電玻璃。
[0018] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法，綜合現(xiàn)有橢 偏擬合手段，采用有效介質(zhì)近似層和四步擬合的方法，對不同類型、不同尺寸大小的納米顆 粒進(jìn)行相應(yīng)擬合，滿足了數(shù)學(xué)上的擬合度以及物理上的形貌特征（即可以根據(jù)擬合的趨勢 直觀地看到納米顆粒在形核和長大的過程中橫向和縱向的尺寸分布），能夠更準(zhǔn)確的獲取 納米顆粒的光學(xué)性質(zhì)信息，有助于從理論上更為準(zhǔn)確的分析以及實(shí)驗(yàn)上更為精確的測試和 制備，本方法對納米光電器件、太陽能電池和光電催化等領(lǐng)域的應(yīng)用起到重要的技術(shù)指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法的流程示意 圖；
[0020] 圖2為圖1所示用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法中的橢偏擬合模型圖；
[0021 ]圖3為納米顆粒材料為金顆粒時(shí)的橢偏擬合模型圖；
[0022]圖4為納米顆粒材料為標(biāo)稱2.5nm厚金顆粒的原子力顯微鏡AFM形貌圖；
[0023]圖5為納米顆粒材料為標(biāo)稱2.5nm厚金顆粒時(shí)的混合層的分布圖；
[0024]圖6為納米顆粒材料為標(biāo)稱2.5nm厚金顆粒時(shí)通過本發(fā)明實(shí)施例四步擬合的方法 得到的折射率和消光系數(shù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅 僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他的實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026] 圖1示出了本發(fā)明一實(shí)施例提供的用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法的流程示意 圖，如圖1所示，本實(shí)施例的用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法，利用光譜橢偏儀，采用有效 介質(zhì)近似層(Bruggerman EMA)和四步擬合的方法，具體包括下述步驟101-104:
[0027] 101、在襯底上形成納米顆粒材料層，得到第一模型，并對所述納米顆粒材料層進(jìn) 行直接擬合，得到初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0028] 102、在所述納米顆粒材料層上形成納米顆粒材料與空氣的混合層，使得到的第二 模型符合實(shí)際納米顆粒特征。
[0029] 103、去除第二模型中的納米顆粒材料層，更改納米顆粒材料與空氣的混合層的厚 度與比例參數(shù)，得到第三模型，使所述混合層包含從頂層到底層比例一致的納米顆粒材料 與空氣，并對更改后的混合層進(jìn)行擬合。
[0030] 104、將更改后的混合層改進(jìn)為有效介質(zhì)近似層進(jìn)行擬合，獲得納米顆粒的光學(xué)性 質(zhì)信息。
[0031] 在具體應(yīng)用中，所述納米顆粒材料層由納米顆粒材料構(gòu)成，所述納米顆粒材料可 以包括但不限于:金屬材料、半導(dǎo)體材料和絕緣體材料中的一種或多種。
[0032] 進(jìn)一步地，所述金屬材料可以包括但不限于：金Au、銀Ag、鉬Pt、銅Cu、_SAl、鎳Ni、 釩V、鋅Zn、鉻Cr、鎢W、鈦Ti或者鐵Fe等。
[0033] 進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體材料可以包括但不限于:硅Si、鍺Ge、硼B(yǎng)、磷P、銦In、銻Sb、 砷化鎵GaAs、二氧化鈦Ti〇2、二硫化鉬M0S2、氧化銅CuO、氧化亞銅C112O、氧化亞鐵FeO、氧化鐵 Fe2〇 3、氧化鋅ZnO、硫化鋅ZnS、碲化鋅ZnTe或者鈦酸鍶SrTi03等。
[0034] 進(jìn)一步地，所述絕緣體材料可以包括但不限于：二氧化硅Si02、氧化鋁Al2〇3、氮化 鋁A1N、氮化硅Si3N4、氮化硼B(yǎng)N、碳化硅SiC、碳酸鹽、硅酸鹽、鈦酸鹽、鈮酸鹽或鍺酸鹽等。 [00 35]在具體應(yīng)用中，所述納米顆粒材料中納米顆粒的厚度為0.1~500nm，具體可優(yōu)先 選擇1~40nm。
[0036] 在具體應(yīng)用中，所述納米顆粒材料中納米顆粒的形狀可以包括但不限于:球形、三 角形、矩形、正方形、菱形、五邊形、六邊形或多邊形等；納米顆粒與納米顆粒之間圍成的形 狀可以包括但不限于:周期性的球形納米顆粒陣列、周期性的方形納米顆粒陣列、周期性的 多邊形納米顆粒陣列、周期性的球形納米孔隙陣列、周期性的方形納米孔隙陣列、周期性的 多邊形納米孔隙陣列、雜散的球形納米顆粒、雜散的方形納米顆粒，雜散的鏈形納米顆?；?雜散的多邊形納米顆粒等。
[0037] 在具體應(yīng)用中，所述納米顆粒材料的制備方法包括但不限于：電子束蒸發(fā)、熱蒸 發(fā)、磁控濺射、離子束濺射、離子鍍、原子束沉積、激光脈沖沉積、化學(xué)氣相沉積、分子束外 延、溶膠-凝膠法、金屬有機(jī)物分解法、液相-固相法、氧化法、離子注入法或擴(kuò)散法，具體可 優(yōu)先選擇電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、磁控濺射、原子束沉積、激光脈沖沉積和化學(xué)氣相沉積等。
[0038] 上述步驟101-104的執(zhí)行過程可參見圖2,圖2為圖1所示用于納米顆粒的光譜橢偏 擬合方法中的橢偏擬合模型圖。
[0039] 可理解的是，為精確測量納米顆粒的尺寸、膜厚和光學(xué)性質(zhì)等，本實(shí)施例使用的測 試儀器為光譜橢偏儀。對于納米顆粒的橢偏擬合，所使用的方法包括但不限于:直接擬合、 間接擬合和優(yōu)先選擇間接擬合等。其中，直接擬合可以包括但不限于減少模型數(shù)量、簡化模 型結(jié)構(gòu)、減少擬合參數(shù)和簡化參數(shù)設(shè)置等；間接擬合可以包括但不限于增加模型數(shù)量、改進(jìn) 模型結(jié)構(gòu)、增加擬合參數(shù)和改進(jìn)參數(shù)設(shè)置等，其添加的薄膜層的類型包括但不限于有效介 質(zhì)近似層、單軸各項(xiàng)異性層、雙軸各向異性層、均勾生長層、核生長層和外延生長層等，優(yōu)先 選擇有效介質(zhì)近似層、均勻生長層和核生長層等；同時(shí)材料的色散公式的擬合模型包括、但 不僅限于固定nk模型、Cauchy模型、Pali k模型、Tauc-Lorentz模型、Drude-Lorentz模型、 Leng-Lorentz模型、Fi 1 e-Lay er模型、Brende 1 模型、Se 1 lme i er模型等，優(yōu)先選擇 Cauchy模 型、Pal ik模型、Tauc-Lorentz 模型、Drude-Lorentz 模型和 Leng-Lorentz 模型等。
[0040] 應(yīng)說明的是，本實(shí)施例的有效介質(zhì)近似層理論可表示為：
[0042] 其中，f表示樣品的孔隙率，^和^^分別表示材料和空氣的介電常數(shù)，表示兩 種混合介質(zhì)的有效介電常數(shù)。通過擬合后的結(jié)果，可以得出納米顆粒從頂層到底層兩種混 合介質(zhì)的相對分布，同時(shí)還可以根據(jù)指數(shù)型擬合因子的大小判斷納米顆粒的尺寸。由此可 知，使用Bruggerman EMA擬合方式可以準(zhǔn)確地判定材料-空氣混合層的比例分布及顆粒的 形貌特征，這比直接添加混合層而不進(jìn)行模型和參數(shù)改進(jìn)，更符合納米材料的真實(shí)物理結(jié) 構(gòu)。
[0043] 在此基礎(chǔ)上，為提高擬合度，得到更為精確的擬合結(jié)果，本實(shí)施例采用四步擬合的 方法，而不是單一地添加有效介質(zhì)近似層，其目的在于使整個(gè)擬合過程逐漸由簡單變復(fù)雜， 降低擬合難度，同時(shí)也能減小直接一步擬合中帶來的偶然誤差。
[0044] 利用上述采用的有效介質(zhì)近似層和四步擬合的方法，本實(shí)施例對不同類型不同尺 寸大小的納米顆粒進(jìn)行了相應(yīng)擬合。由擬合結(jié)果可知，對同一類型同一尺寸的納米顆粒，從 第一步到第四步擬合的過程中，最小均方差均逐漸降低，擬合度逐漸增加，數(shù)學(xué)上的可信度 更高，說明使用Bruggerman EMA擬合方法的準(zhǔn)確性。同時(shí)，從掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電 子顯微鏡（TEM)和原子力顯微鏡（AFM)等形貌表征中觀察到的納米顆粒的形貌可以與 Bruggerman EMA擬合后的混合介質(zhì)層比例實(shí)現(xiàn)--對應(yīng)關(guān)系，即納米顆粒從頂層到底層中 空氣成分所占的比例以及根據(jù)兩相之間的分界線得出納米顆粒尺寸的大小和厚度，這樣從 物理上也更加符合實(shí)際形貌特征，進(jìn)一步說明了該方法的準(zhǔn)確性。因此，使用B r u g g e r m a η EMA和四步擬合的方法的結(jié)果，能同時(shí)兼?zhèn)鋽?shù)學(xué)和物理擬合的優(yōu)勢，使最終獲得的納米顆粒 的光學(xué)信息更加精確。
[0045] 此外，采用本實(shí)施例所述方法還發(fā)現(xiàn):隨著納米顆粒沉積時(shí)間和薄膜厚度的增加， 顆粒的尺寸在橫向和縱向均有所增加，顆粒間距逐漸減小，即空氣成分逐漸降低，該結(jié)論從 SEM、TEM和AFM等形貌圖以及使用Bruggerman EMA擬合后的結(jié)果中均可得出。同時(shí)，當(dāng)納米 顆粒生長到接近連續(xù)薄膜時(shí)，顆粒間距變得極小，空氣成分顯著降低至趨近零，材料自頂而 下空氣成分幾乎不變，此時(shí)可直接采用簡單擬合法或其它的擬合方式。
[0046] 采用上述四步擬合的方法得到的擬合結(jié)果中，除了關(guān)注納米顆粒的尺寸和厚度等 幾何參數(shù)外，其光學(xué)物理量如折射率η和消光系數(shù)k等也是重要的參考數(shù)據(jù)。從擬合的總趨 勢上看，四步分別擬合的η和k差值不大，基本保持相等;具體分析而言，第三步和第四步測 得的η和k均稍大于第一步和第二步的η和k。原因主要是，第三步和第四步擬合中的整個(gè)材 料層均添加有空氣層，即將材料和空氣分開，得到的是單純材料的光學(xué)性質(zhì)信息;而第一步 和第二步包含無空氣成分的材料層，而實(shí)際的納米顆粒間存在明顯的縫隙，即必然有空氣 成分存在，這樣會(huì)使第一步和第二步中在直接擬合納米顆粒材料層時(shí)，由于實(shí)際樣品中部 分空氣成分的干擾，從而導(dǎo)致第一、二步擬合的η和k值比第三、四步的偏低。這同時(shí)也驗(yàn)證 了采用Bruggerman EMA方法擬合的準(zhǔn)確性。
[0047] 本實(shí)施例的用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法，綜合現(xiàn)有橢偏擬合手段，采用有 效介質(zhì)近似層和四步擬合的方法，對不同類型、不同尺寸大小的納米顆粒進(jìn)行相應(yīng)擬合，滿 足了數(shù)學(xué)上的擬合度以及物理上的形貌特征（即可以根據(jù)擬合的趨勢直觀地看到納米顆粒 在形核和長大的過程中橫向和縱向的尺寸分布），能夠更準(zhǔn)確的獲取納米顆粒的光學(xué)性質(zhì) 信息，有助于從理論上更為準(zhǔn)確的分析以及實(shí)驗(yàn)上更為精確的測試和制備，本方法對納米 光電器件、太陽能電池和光電催化等領(lǐng)域的應(yīng)用起到重要的技術(shù)指導(dǎo)。
[0048]下述以納米顆粒材料為標(biāo)稱2.5nm厚金顆粒、襯底為二氧化娃為例來說明本實(shí)施 例所述方法，其中，上述四步擬合的方法的三維和二維的橢偏擬合模型示意圖如圖3所示， 本實(shí)施例是橢偏擬合模型所選擇的測試儀器是光譜橢偏儀，對于納米顆粒的擬合，選擇的 擬合方式是有效介質(zhì)近似層Bruggerman EMA，其色散公式選擇的模型是Drude-Lorentz模 型。為得到更為精確地?cái)M合結(jié)果，采用上述四步擬合的方法進(jìn)行擬合，該擬合方式不僅可以 使數(shù)學(xué)上的擬合度達(dá)到更大，即MSE降到最低，而且還可以直觀地看到從頂層到底層空氣成 分所占的比例，即納米顆粒的尺寸大小，從而在物理上也更加最為符合顆粒的真實(shí)形貌。同 時(shí)上述四步擬合的方法比直接使用一步使用Bruggerman EMA擬合的結(jié)果更為精確，且能減 小偶然誤差。
[0049]圖4為納米顆粒材料為標(biāo)稱2.5nm厚金顆粒的原子力顯微鏡AFM形貌圖，采用的測 試儀器是AFM，在金納米顆粒逐漸生長的過程中，團(tuán)簇顆粒的尺寸會(huì)逐漸增大，標(biāo)稱厚度為 2.5nm時(shí)，所生長的金納米顆粒的形狀均類似于球形，而顆粒的團(tuán)簇尺寸大小約10nm。
[0050] 表1和圖5示出了納米顆粒材料為標(biāo)稱2.5nm厚金顆粒時(shí)通過本實(shí)施例所述四步擬 合的方法的擬合結(jié)果。
[0051 ]表1標(biāo)稱2.5nm金納米顆粒的橢偏四步擬合方法擬合數(shù)據(jù)
[0053]由表1可知，對于標(biāo)稱2.5nm厚度的金納米顆粒，首次直接擬合的厚度和MSE分別為 3.52nm和0.788;第二次添加空氣混合層后，MSE為0.642，擬合度有所改進(jìn)，且單獨(dú)金的厚度 為2.73nm、混合層的厚度為1.80nm，其中空氣所占比例為0.434，故金的有效厚度為3.5111111; 第三次去掉金層后，MSE為0.589，擬合度進(jìn)一步增加，混合層的厚度為4.93nm，空氣所占比 例為0.236，故金的有效厚度為3.77nm;第四次更改為EMA擬合后，MSE為0.577，擬合度最佳， 從頂層到底層空氣的成分分別為0.703和0.319，指數(shù)型因子為1.294,厚度為3.58nm，混合 介質(zhì)層的分布如圖3所示。因此從數(shù)學(xué)上的擬合度及物理上金納米顆粒真實(shí)形貌，第四步使 用的Bruggerman EMA擬合方式更為準(zhǔn)確。
[0054]標(biāo)稱2.5nm厚金顆粒采用本實(shí)施例四步擬合的方法擬合后的光學(xué)結(jié)果如圖6所示， 從總趨勢上看，四步分別擬合的折射率η和消光系數(shù)k的值差別不大，基本上保持相等;具體 精確分析來看，第三步和第四步測得的η和k均稍大于第一步和第二步的η和k。主要是由于 第一步和第二步中在直接擬合金屬層時(shí)，由于實(shí)際樣品中部分空氣成分的干擾，從而導(dǎo)致 第一、二步擬合的η和k值比第三、四步偏低。這進(jìn)一步說明了采用Bruggerman EMA方法擬合 的準(zhǔn)確性。
[0055]綜合上述的形貌測試數(shù)據(jù)和橢偏擬合結(jié)果，可知采用有效介質(zhì)近似層和四步擬合 的方法擬合的結(jié)果不僅能夠增大擬合度，得到準(zhǔn)確的光學(xué)性質(zhì)信息，從而有助于理論分析， 而且根據(jù)擬合的趨勢還可以直觀地看到金納米顆粒在形核和長大的過程中橫向和縱向的 尺寸分布，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為精確。因此該方法對于金屬納米顆粒的實(shí)驗(yàn)制備和理論研 究具有重要的指導(dǎo)作用。
[0056]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:實(shí)現(xiàn)上述各方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通 過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。該程 序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述各方法實(shí)施例的步驟;而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括:R〇M、RAM、磁碟或 者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
[0057]最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡 管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依 然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn) 行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù) 方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于納米顆粒的光譜橢偏擬合方法，其特征在于，利用光譜橢偏儀，采用有效介 質(zhì)近似層和四步擬合的方法，具體包括： 在襯底上形成納米顆粒材料層，得到第一模型，并對所述納米顆粒材料層進(jìn)行直接擬 合，得到初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果； 在所述納米顆粒材料層上形成納米顆粒材料與空氣的混合層，使得到的第二模型符合 實(shí)際納米顆粒特征； 去除第二模型中的納米顆粒材料層，更改納米顆粒材料與空氣的混合層的厚度與比例 參數(shù)，得到第三模型，使所述混合層包含從頂層到底層比例一致的納米顆粒材料與空氣，并 對更改后的混合層進(jìn)行擬合； 將更改后的混合層改進(jìn)為有效介質(zhì)近似層進(jìn)行擬合，獲得納米顆粒的光學(xué)性質(zhì)信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米顆粒材料層由納米顆粒材料構(gòu) 成，所述納米顆粒材料包括但不限于：金屬材料、半導(dǎo)體材料和絕緣體材料中的一種或多 種。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述金屬材料包括但不限于：金Au、銀Ag、 鉑Pt、銅Cu、鋁A1、鎳Ni、釩V、鋅Zn、鉻Cr、鎢W、鈦Ti或者鐵Fe。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料包括但不限于：硅Si、鍺 Ge、硼B(yǎng)、磷P、銦In、鋪Sb、砷化鎵GaAs、二氧化鈦Ti〇2、二硫化鉬M0S2、氧化銅CuO、氧化亞銅 Cu2〇、氧化亞鐵FeO、氧化鐵Fe2〇3、氧化鋅ZnO、硫化鋅ZnS、蹄化鋅ZnTe或者鈦酸鎖SrTi〇3。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述絕緣體材料包括但不限于：二氧化硅 Si02、氧化鋁Al2〇3、氮化鋁A1N、氮化硅Si3N4、氮化硼B(yǎng)N、碳化硅SiC、碳酸鹽、硅酸鹽、鈦酸鹽、 鈮酸鹽或鍺酸鹽。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述納米顆粒材料中納米顆粒的厚度為 0.1~500nm。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述納米顆粒材料中納米顆粒的形狀包括 但不限于:球形、三角形、矩形、正方形、菱形、五邊形、六邊形或多邊形；納米顆粒與納米顆 粒之間圍成的形狀包括但不限于：周期性的球形納米顆粒陣列、周期性的方形納米顆粒陣 列、周期性的多邊形納米顆粒陣列、周期性的球形納米孔隙陣列、周期性的方形納米孔隙陣 列、周期性的多邊形納米孔隙陣列、雜散的球形納米顆粒、雜散的方形納米顆粒，雜散的鏈 形納米顆?；螂s散的多邊形納米顆粒。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述納米顆粒材料的制備方法包括但不限 于：電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、磁控濺射、離子束濺射、離子鍍、原子束沉積、激光脈沖沉積、化學(xué) 氣相沉積、分子束外延、溶膠-凝膠法、金屬有機(jī)物分解法、液相-固相法、氧化法、離子注入 法或擴(kuò)散法。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯底的材料包括但不限于:硅、二氧化 硅、氮化硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵、氧化鋅、載玻片、FT0導(dǎo)電玻璃或IT0導(dǎo)電玻璃。
【文檔編號】G01N21/21GK106092861SQ201610363881
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】賀濤, 王凱, 褚衛(wèi)國, 張先鋒
【申請人】國家納米科學(xué)中心