關(guān)鍵字： 納米級測量 光學(xué)方法
在納米尺度范圍內(nèi)，一些我們熟悉的材料特性會改變。因此隨著向納米領(lǐng)域探索的深入，不僅要表征新材料，而且越來越需要對熟知的材料進行研究。
來自納米科學(xué)與工程學(xué)院的納米科學(xué)“帝國創(chuàng)新教授”（Empire Innovation Professor）Alain Diebold正在創(chuàng)建一個探索未來納米級測量需求的研究型實驗室。他正著眼于包含線性模式和非線性模式的多種新老光學(xué)技術(shù)。如Alain Diebold所述：“橢圓偏振法就是一種線性光學(xué)測量方法。你輸入某一波長，隨即看到該波長的輸出。”
橢圓偏振法檢測表面或光柵結(jié)構(gòu)的反射光中極化的變化。Diebold教授指出：“分析此變化可以獲得薄膜厚度的數(shù)據(jù)，或者橢圓偏振測量的數(shù)據(jù)可用于散射測量法；從而你可以了解光柵結(jié)構(gòu)CD的線型和結(jié)構(gòu)。”這些普遍用于半導(dǎo)體材料的測量方法對納米技術(shù)也同樣重要。
納米尺度對線性光學(xué)測量的影響很容易被理解。對于非常薄的單晶硅薄膜來講，其光學(xué)特性會因量子局限效應(yīng)而改變；我們可以將這種特性轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)點。半導(dǎo)體材料也是如此；因此只需設(shè)計出某一單晶薄膜的工序即可?？捎糜趩尉О雽?dǎo)體薄膜測量的方法也可用于那些納米尺度的散射結(jié)構(gòu)。
盡管測量金屬薄膜比較困難，但仍有簡單的解決方案。“他們已經(jīng)著眼于非常薄的薄膜，并且已經(jīng)了解如何克服測量非常薄的、多晶金屬薄膜時遇到的難點。同樣，晶粒尺寸會影響金屬薄膜的介電特性，為了對金屬薄膜進行更好地光學(xué)測量，他們已了解了如何克服會遇到的難點。”Diebold教授說。
這些技術(shù)可以被移植，并且易于根據(jù)半導(dǎo)體測量進行調(diào)整。它們都將是新實驗室一個很重要的研究部分。美國托萊多大學(xué)（The University of Toledo）的Rob Collins教授研究了許多種材料，并且確定了如何利用晶粒尺寸對薄膜光學(xué)特性的影響，其方法與實驗數(shù)據(jù)非常吻合。
在非線性領(lǐng)域中，同樣的光強——波長——輸入會得到不同波長的輸出。為什么要超越線性測量呢？一個主要的原因是界面總是很難表征，并且二次諧波的產(chǎn)生（SHG）總會帶來這樣的問題。SHG的頻率與輸入光不同，而是輸入頻率的2倍，即2次諧波。
盡管SHG信號強度比輸入信號弱許多，但是在某種特定的實驗條件以及輸入輸出光的極化作用下，我們還是可以在界面獲得較高的靈敏度。相對于線性光學(xué)方法，由光學(xué)非線性二次諧波帶來的附加靈敏度是相當可觀的。
SHG應(yīng)用的一個經(jīng)典例子是SiO2/Si界面特性的表征。德州大學(xué)（University of Texas）奧斯汀分校的Micheal Downer教授的小組將此方法拓展并應(yīng)用到硅上的高k材料。同樣的概念對于所有納米級的樣品也適用。
納米級結(jié)構(gòu)也將是該新實驗室的一個研究領(lǐng)域。嵌入在SiO2中的硅納米點便是SHG測量方法在此領(lǐng)域的一個實例。納米點具有很大的表面積，會產(chǎn)生高強度的二次諧波信號，該信號可用于多種光學(xué)特性的表征。納米點已經(jīng)試驗性地用在未來的存儲器概念中；它們也正用于生產(chǎn)高效率，低能耗的商用固態(tài)照明器件。
該研究的主要目的是采用線性和非線性光學(xué)方法來探索材料中不同的納米尺寸效應(yīng)。這些線性和非線性光學(xué)方法既可用于了解新材料的特性，也可用于確定這些特性如何用于材料特性的一致性測量，結(jié)構(gòu)特征的一致性測量以及最終生產(chǎn)中所有的納米級測量。
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