本文從原理和應(yīng)用的角度介紹了激光干涉測(cè)溫技術(shù)。

干涉測(cè)溫技術(shù)原理

干涉測(cè)溫技術(shù)是幾種主要的激光測(cè)溫方法之一。

當(dāng)入射激光束照射到具有兩個(gè)平行平面的透明板上時(shí)，由于透明板中的多次反射而產(chǎn)生的干涉會(huì)出現(xiàn)，并且可以觀察到光條紋，如下圖。

d是透明薄膜的物理厚度，

L1和L2的光程差，

光程差與材料的溫度相關(guān)系數(shù)，也與激光的入射波長(zhǎng)相關(guān)。

指定波長(zhǎng)情況下，通過(guò)量測(cè)條紋的變化，可以推算出厚度d（熱膨脹）、折射率n的變化，進(jìn)一步可以推測(cè)出溫度的變化。

干涉測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用

干涉測(cè)溫技術(shù)只能在襯底材料相對(duì)于探測(cè)光束透明時(shí)使用。

使用632.8nm的He-Ne激光器研究許多光學(xué)透明電介質(zhì)，其中熱膨脹是主要影響。

1.15um和1.5um的IR激光器則用于半導(dǎo)體工藝（Si、GaAs、InP、InGaAsP）的溫度監(jiān)測(cè)，如等離子體蝕刻、薄膜沉積和退火。

對(duì)于介電材料的溫度測(cè)量，熱膨脹在光路變化中占主導(dǎo)地位。

然而，對(duì)于半導(dǎo)體干涉溫度測(cè)量，熱膨脹效應(yīng)和折射率的溫度依賴性都會(huì)導(dǎo)致干涉現(xiàn)象。折射率的溫度依賴性是由折射率直接相關(guān)的能隙Eg的溫度依賴引起的。因此，當(dāng)通過(guò)干涉測(cè)溫法確定溫度時(shí)，必須同時(shí)考慮熱膨脹和折射率。

通常，熱膨脹系數(shù)的值比折射率的溫度系數(shù)小大約一個(gè)數(shù)量級(jí)，如下圖。

因此，半導(dǎo)體干涉測(cè)量法對(duì)折射率的變化比對(duì)厚度的變化敏感大約10倍。

圖：硅襯底溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，來(lái)自：Studies on real-time and high sensitive monitoring methods for material processing using ultrashort-pulse laser techniques

審核編輯：劉清