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(duì)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(duì)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(shuō)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(duì) 于體相材料會(huì)發(fā)生明顯的變化，目前已經(jīng)在太陽(yáng)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(cè)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(cè)，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(cè)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(cè)樣品信息的通用光學(xué)測(cè)量?jī)x器，其基本原理是通過(guò)起偏器將特殊的 橢圓偏振光投射到待測(cè)樣品表面，通過(guò)測(cè)量待測(cè)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(cè)樣品的信息。 在對(duì)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(lái)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(duì)擬合的模型和參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)，這對(duì)于目前光譜橢偏儀的測(cè)試來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大 的挑戰(zhàn)和亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述的技術(shù)問(wèn)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì) 直觀地看到納米顆粒在形核和長(zhǎng)大的過(guò)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(cè)試和 制備，本方法對(duì)納米光電器件、太陽(yáng)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(shuō)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(guò)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(duì)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。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒(méi)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(duì)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(duì)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(guò)程可參見(jiàn)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(cè)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(cè) 試儀器為光譜橢偏儀。對(duì)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(jiǎn)化模 型結(jié)構(gòu)、減少擬合參數(shù)和簡(jiǎn)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(zhǎng)層、核生長(zhǎng)層和外延生長(zhǎng)層等，優(yōu)先 選擇有效介質(zhì)近似層、均勻生長(zhǎng)層和核生長(zhǎng)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(shuō)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(guò)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(duì)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(guò)程逐漸由簡(jiǎn)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(lái)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(duì)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(duì)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(guò)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(shuō)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(duì)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(shuō)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(shì)，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(zhǎng)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(jiǎn)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(shì)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(cè) 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(kāi)，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(wú)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(duì)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(shì)直觀地看到納米顆粒 在形核和長(zhǎng)大的過(guò)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(cè)試和制備，本方法對(duì)納米 光電器件、太陽(yáng)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(lái)說(shuō)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(cè)試儀器是光譜橢偏儀，對(duì)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(cè) 試儀器是AFM，在金納米顆粒逐漸生長(zhǎng)的過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(duì)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(shì)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(lái)看，第三步和第四步測(cè)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(shuō)明了采用Bruggerman EMA方法擬合 的準(zhǔn)確性。
[0055]綜合上述的形貌測(cè)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(shì)還可以直觀地看到金納米顆粒在形核和長(zhǎng)大的過(guò)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(duì)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(guò)程序指令相關(guān)的硬件來(lái)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(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制;盡 管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)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(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)】G01N21/21GK106092861SQ201610363881
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】賀濤, 王凱, 褚衛(wèi)國(guó), 張先鋒
【申請(qǐng)人】國(guó)家納米科學(xué)中心