《深度探秘薄膜厚度检测技术，解锁膜厚检测仪的科技密码》

摘要：在现代工业制造中，薄膜工艺作为电子、光电、医疗、航空等众多领域的关键基础性产业，具有至关重要的地位。薄膜的光学、力学和电化学等性能，与薄膜厚度的准确性和均匀性密切相关，进而对成品品质产生重大影响。因此，薄膜厚度的测量以及膜厚检测仪的应用，成为保障薄膜质量的核心

在现代工业制造中，薄膜工艺作为电子、光电、医疗、航空等众多领域的关键基础性产业，具有至关重要的地位。薄膜的光学、力学和电化学等性能，与薄膜厚度的准确性和均匀性密切相关，进而对成品品质产生重大影响。因此，薄膜厚度的测量以及膜厚检测仪的应用，成为保障薄膜质量的核心环节。

薄膜厚度测量方法的多元解析

机械接触法

机械接触法通过截取特定尺寸的试样，使测量头在自动降落过程中与试样表面接触，在固定压力和固定接触面积的条件下，精确测试出试样的厚度值。该方法具有测量精度高、可靠性强的特点，适用于各种材料的厚度测量，厚度偏差可控制在±1μm以内。

光学干涉法

光学干涉法基于白光干涉原理来确定光学薄膜的厚度。通过对白光干涉图样进行数学函数计算，得出薄膜厚度。对于单层膜，若已知薄膜介质的折射率n和消光系数k值，即可计算出其物理厚度。

国仪光子的多款膜厚测量产品，如膜厚测量仪FILMTHICK - C10、膜厚检测仪CHT - C200以及光学反射膜厚仪FILMTHICK - Mapping等，均利用光干涉原理，对样品进行非接触式、无损、高精度测量，可测量反射率、颜色、膜厚等参数。

X射线荧光法（XRF）

XRF是一种用于识别样品中元素类型和数量的方法，广泛应用于电镀行业，用于验证镀层的厚度和成分。测量时，X射线管产生的高能量X射线通过光圈聚集，照射在样品的微小区域。这些X射线与光斑内元素的原子相互作用，使内层电子被逐出轨道，上一级轨道的电子迁入填补空穴，同时以发射X射线的形式释放多余能量。探测器探测到的特征X射线能量具有唯一性，仪器可据此确定元素种类。不同能量段探测到的X射线强度与样品中的元素含量相关，进而用于计算厚度和成分。

超声波测量法

超声波测量法通过精确测量探头发射的超声波信号在被测材料中穿过一次、两次乃至多次所需的时间，来判定被测材料的厚度。

电镜测量法

电镜测量法主要使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），根据薄膜横截面的扫描像进行厚度测量。通过将样品放大获得高分辨率图像，利用电镜自带的测量工具直接选点测量读取基片表面薄膜厚度。然而，该方法的测量结果受主观判断影响较大。

石英晶体振荡法（QCM）

石英晶体振荡法利用石英晶体的压电效应和质量负荷效应，通过测定其固有谐振频率或与固有谐振频率有关的参量变化，来监控沉积薄膜的厚度。石英晶体的固有频率取决于石英片的切割类型、几何尺寸和质量，当沉积在石英片上的物质密度及沉积面积不变时，石英晶体的质量与沉积物质的厚度呈线性关系，因此可通过改变沉积薄膜的厚度来改变石英晶体的固有振荡频率。该方法灵敏度极高，能够检测纳米级（0.2nm）的膜厚变化，且无需直接接触样品或破坏膜层，适合在线监测和长期实验。其设备结构相对简单，成本较低，易于与其他技术结合使用。不仅适用于金属、氧化物等硬膜，通过改进算法还可测量有机膜等软膜。但该方法也存在一些缺点，如温度效应会导致石英晶体谐振频率变化，多层膜厚叠加测量不准确，以及晶片频率跳跃等问题。

膜厚检测仪：科技进化与行业需求

膜厚检测仪的发展历程，是一部不断追求高精度与高可靠性的科技进化史。早在1950年，德国科学家George Sauerbrey发现，在晶体表面镀上一层薄膜会使晶体振动减弱，且振动或频率的减少与薄膜的厚度和密度相关。基于这一原理，结合精密电子设备对振动的高频测试，人们实现了对晶振镀膜厚度和邻近基体薄膜厚度的实时监控，膜厚检测仪应运而生。

此后，随着材料科学、电子技术和计算机技术的飞速发展，膜厚检测仪的精度、稳定性和功能得到了极大提升。

薄膜厚度测量设备：膜厚检测仪的工作原理与应用

膜厚控制系统在薄膜沉积过程中实时监控薄膜的厚度和折射率。在真空系统和蒸发系统稳定工作的基础上，膜厚控制系统的精度、稳定性和灵敏度直接决定了光学薄膜的性能参数。光学薄膜的厚度控制方法主要采用光电极值法。

在光电极值法膜厚监控系统中，光源发出的光经过单一频率调制后，由分光镜分成两束。一束光由光纤接收，经光电传感器转换形成锁相解调信号；另一束光透过样片后携带着膜厚变化信息，通过单色仪由光电倍增管接收形成测试信号。这两路信号经过滤波、锁相放大电路处理后，得到低噪声膜厚信号，由数据采集卡接收，再利用虚拟仪器软件平台实现对膜厚控制的判断和操作。

大部分膜厚控制系统采用PID控制器（比例 - 积分 - 微分控制器）进行调节。PID控制器的输入量为薄膜沉积速率的误差信号，通过对该误差信号进行运算，得到输出控制信号，使系统的输出趋向于给定值。获得稳定的沉积速率后，通过固定成膜时间来控制最终薄膜的膜厚。

国仪光子的膜厚测量仪FILMTHICK - C10、膜厚检测仪CHT - C200和光学反射膜厚仪FILMTHICK - Mapping等产品，在薄膜厚度测量领域具有重要应用价值。这些产品利用光干涉原理，配备机械结构集成的进口卤钨灯光源，使用寿命长。OPTICAFILMTEST光学膜厚测量（检测）软件采用FFT傅里叶法、极值法、拟合法等多种高精度算法，拥有类型丰富的材料折射率数据库和开放式材料数据库，能有效协助用户进行测试分析，在测量（检测）期间实时显示干涉、FFT波谱和膜厚等趋势。可广泛应用于半导体薄膜、液晶显示、光学镀膜、生物医学等薄膜层的厚度测量（检测）。