膜厚测量仪FR-pRo以其模块化和可扩展的特殊优势,为用户提供了一种高效、灵活且精准的膜厚测量解决方案,无疑是该领域的一颗璀璨明珠。膜厚测量仪原理:
目前主流的膜厚测量技术主要分为两大类:非接触/无损测量和接触/有损测量。
以下是几种最常见原理的详细解释:
一、非接触/无损测量技术
这类技术不接触样品表面,不会对膜层和基材造成任何损伤或污染,是工业在线检测和精密实验室的选择。
1.光学干涉法(OpticalInterference)
这是测量透明/半透明薄膜(如氧化物、氮化物、光刻胶、油漆涂层)在透明/不透明基材上厚度的最主要方法。
• 核心原理:利用光的干涉现象。当一束宽光谱白光(包含多种波长)照射到薄膜表面时,会在膜层上表面和膜层与基材的界面分别发生反射,产生两束具有光程差的反射光。这两束光会发生相长干涉和相消干涉,形成特定的光谱图。
• 如何工作:
1.仪器内部的光谱仪会精确测量反射回来的光谱信号。
2.由于干涉效应,反射光谱会出现一系列的波峰和波谷。
3.通过先进的算法(如傅里叶变换或模型拟合)分析这些峰谷的位置和分布,即可计算出薄膜的厚度(d)和折射率(n)。
4.计算公式基于干涉方程:光程差=2*n*d*cosθ(θ为折射角)。
• 主要技术:
• 光谱椭偏仪(SpectroscopicEllipsometry):通过测量偏振光反射后偏振状态的变化来推算膜厚和光学常数(n,k),精度高,可达埃级(Å),是半导体和纳米技术领域的黄金标准。
• 白光干涉仪(WhiteLightInterferometry)/相干扫描干涉术:通过垂直扫描样品,寻找干涉条纹出现的最大对比度位置,用于测量表面形貌和膜厚,适合微米级较厚的薄膜。
•优点:高精度、非接触、可测多层膜、同时得到折射率。
2.涡流测量原理(EddyCurrent)
主要用于测量非导电涂层(如油漆、阳极氧化层、陶瓷、塑料)在导电金属基材(如铝、铜、钢)上的厚度。
•核心原理:利用电磁感应。探头内置一个通有高频交流电的线圈,会在其周围产生交变磁场。
•如何工作:
1.当探头靠近导电基材时,交变磁场会在基材中感应出涡流。
2.涡流的大小会产生一个反向磁场,影响原线圈的阻抗。
3.涂层越厚,探头离导电基材越远,涡流效应越弱,线圈阻抗的变化就越小。
4.仪器通过精确测量线圈阻抗的变化,即可推算出非导电涂层的厚度。
•优点:快速、便携、成本低、仅需单侧access。
3.超声波测量原理(Ultrasonic)
主要用于测量涂覆在大型基材上的较厚涂层(如船体、储罐、桥梁的防腐涂层),基材可以是金属、混凝土、塑料等。
•核心原理:利用超声波在不同介质界面反射的回波时间。
•如何工作:
1. 探头(换能器)接触涂层表面,发射一个高频超声波脉冲。
2. 脉冲传播到涂层底部(涂层与基材的界面)时会被反射回来。
3. 探头接收回波,仪器精确测量超声波从发射到接收的时间差(Δt)。
4. 已知超声波在涂层材料中的传播速度(v),根据公式厚度d=(v*Δt)/2即可计算出涂层厚度。
• 优点:可测量很厚的涂层(毫米至厘米级),对基材导电性无要求。
二、接触/有损测量技术
4.接触式探针轮廓仪(StylusProfilometry)/台阶仪
这是最直接可靠的测量方法之一,但属于有损测量。
•核心原理:通过在薄膜上制造一个台阶(step),并用超细探针划过这个台阶,通过探针的垂直位移来测量高度差,即膜厚。
•如何工作:
1. 通常需要在样品上制作一个微小台阶(可通过掩膜镀膜、化学腐蚀或机械刮擦实现)。
2. 一个极其尖锐的金刚石探针以恒定力在样品表面划过,穿过台阶。
3. 探针的垂直运动被精确放大和记录,形成表面轮廓曲线。
4. 轮廓线上的高度差就是薄膜的厚度。
优点:测量直接、精度高、几乎适用于任何类型的薄膜(金属、介质、有机膜等)。