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近年来,纳米级金属薄膜材料在半导体制造、光伏电池、航空材料、生化技术等领域都起到了至关重要的作用,而其厚度参数是影响材料性质和评价薄膜质量的关键技术指标之一,因此研究如何准确地测量纳米级金属薄膜的厚度参数具有非常重要的意义。表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)技术在薄膜传感器领域,特别是在测量薄膜的特征参数方面得到了一定程度的研究和应用,由于SPR效应对不同的金属薄膜和介质界面的微小变化十分敏感,因此可以用来检测纳米级金属薄膜的厚度,而相较于其它的检测方法来说,SPR相位检测法的灵敏度更高。因此,基于以上的分析和论述,本课题提出了一种基于SPR相位检测法的纳米级金属薄膜厚度检测方案。具体完成的工作主要包括:一、建立了利用SPR相位检测法测量金属薄膜厚度的测量模型。根据SPR检测的基本原理和方法,推导了基于Kretschmann多层结构的棱镜型SPR传感器的理论模型,选取了金膜和银膜作为本课题的主要研究对象,确定了采用测量TM偏振波和TE偏振波的反射相位差并结合数值计算、曲线拟合的方法计算金属薄膜厚度的测量模型。二、搭建了利用SPR相位检测法测量金属薄膜厚度的测量系统。根据已建立的测量模型,设计了利用干涉条纹图像计算TM偏振波和TE偏振波的反射相位差确定金属薄膜厚度的方法,选取了合适的实验器件,制备了具有Kretschmann结构的棱镜型SPR传感器,搭建了集成单色光偏振态调制模块、马赫-曾德尔干涉模块和干涉条纹图像采集模块等于一体的测量系统。三、开展了利用SPR相位检测法测量金属薄膜厚度的实验研究。根据已建立的测量模型和已搭建的测量系统,针对单层和双层金属薄膜结构的棱镜型SPR传感器分别开展了金属薄膜厚度的测量实验,利用AFM和椭偏仪验证了所得到的测量结果,分析了测量方案的特点与不足,为进一步改进测量模型和测量系统指明了方向。理论分析和实验结果表明,本课题提出的检测方案具有0~80 nm的测量范围和最高优于0.1 nm的测量分辨力,测量系统结构简单、稳定性好、抗干扰性强,测量结果可靠、稳定、准确,可以实现对纳米级金属薄膜厚度的精确测量。