一种薄膜纵向不均匀性检测方法、装置及终端和检测系统与流程

本发明涉及薄膜检测技术领域，尤其涉及一种薄膜纵向不均匀性检测方法、装置及终端和检测系统。

背景技术：

透明导电氧化物(transparentconductiveoxide，简称tco)薄膜是一种重要的光学材料，以禁带宽、电阻率低、可见光范围光透射率高和红外光谱区光反射率高等光电特性在透明导电薄膜中占主导地位，广泛应用于太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、飞机和汽车用导热玻璃(防雾和防结冰)等光电领域。

tco薄膜中的氧含量对光电性能有重要影响，若氧含量低，则tco薄膜呈现类金属的颜色而失去透明性；若氧含量高，则氧空位数量减少，使得外来施主杂质失去掺杂的效果，导致tco薄膜的化学成分接近于绝缘体直至变为绝缘体；当氧含量适当时，tco薄膜中氧空位数量适当，替位杂质发挥了施主的作用，tco薄膜光电性能俱佳。在镀膜过程中，由于工艺缘故，不可避免地存在氧含量沿tco薄膜表面纵向分布的不均匀性，这是由于tco薄膜表面弛豫与表面能作用，使得其表面与内部所含有的成分过渡，以实现能量与物质之间的平衡。tco薄膜表面的纵向不均匀性对薄膜的光电性能有重要影响，因此，需要检测薄膜材料的纵向不均匀。

现有技术中，采用深度剖析法测试tco薄膜中元素成分随深度的变化，根据tco薄膜中元素成分随深度的变化确定薄膜纵向不均匀性。深度剖析法所使用的测试仪器一般为x射线光电子能谱仪(xps)、俄歇电子能谱仪(aes)、二次离子质谱仪(sims)或辉光放电光谱仪(gdoes)，但是这些测试仪器在检测过程中，不可避免地会损伤被测样品。目前，已经出现了一些无损测试薄膜纵向不均匀性的技术，但是其应用范围比较窄。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种薄膜纵向不均匀性检测方法、装置及终端和检测系统，以提高无损薄膜纵向不均匀性检测方法的适用范围。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种薄膜纵向不均匀性检测方法，包括：

获取被测样品的椭偏光谱曲线信息，所述被测样品至少包括被测薄膜；

根据所述被测样品的特性建立各向同性的物理模型，所述物理模型至少包括薄膜模型；

将所述薄膜模型所含有的至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数；

以所述被测样品的椭偏光谱曲线信息为曲线拟合目标，利用所述薄膜模型对至少一组梯度化变量参数进行曲线拟合，获得被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息；

根据所述被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息确定被测样品的纵向不均匀性。

在一些实施例中，所述进行曲线拟合的收敛条件为均方误差值小于80。

在一些实施例中，所述进行曲线拟合的收敛条件为均方误差值小于20。

在一些实施例中，所述被测样品的光电参数包括满足克莱默-克朗尼格关系的光学常数和/或满足克莱默-克朗尼格关系的介电常数。

在一些实施例中，所述物理模型还包括基体模型和表面模型，所述薄膜模型位于所述基体模型和所述表面模型之间，所述基体模型为柯西模型，所述薄膜模型为洛伦兹模型或高斯模型，所述表面模型为有效介质模型。

在一些实施例中，所述将所述薄膜模型所含有的至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数包括：

按照对拟合结果影响权重由高到低的顺序，选择薄膜模型中的一个或两个变量参数进行梯度化转换；

和/或，

所述梯度化变量参数包括线性梯度变化的变量参数或非线性梯度变化的变量参数。

第二方面，本发明还提供了一种薄膜纵向不均匀性检测装置，包括：

接收单元，用于获取被测样品的椭偏光谱曲线信息，所述被测样品至少包括被测薄膜；

模型化单元，用于根据所述被测样品的特性建立各向同性的物理模型，所述物理模型包括至少包括薄膜模型；将所述薄膜模型所含有的至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数；

曲线拟合单元，用于以所述被测样品的椭偏光谱曲线信息为曲线拟合目标，利用所述薄膜模型对至少一组梯度化变量参数进行曲线拟合，获得被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息；

分析单元，用于根据所述被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息评价被测样品的纵向不均匀性。

在一些实施例中，所述进行曲线拟合的收敛条件为均方根误差值小于80；

和/或，

所述被测样品的光电参数包括满足克莱默-克朗尼格关系的光学常数和/或满足克莱默-克朗尼格关系的介电常数；

和/或，

所述物理模型还包括基体模型和表面模型，所述薄膜模型位于所述基体模型和所述表面模型之间，所述基体模型为柯西模型，所述薄膜模型为洛伦兹模型或高斯模型，所述表面模型为有效介质模型；

和/或，

所述将所述薄膜模型所含有的至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数包括：

按照对拟合结果影响权重由高到低的顺序，选择薄膜模型中的一个或两个变量参数进行梯度化转换；

和/或，

所述梯度化变量参数包括线性梯度变化的变量参数或非线性梯度变化的变量参数。

在一些实施例中，所述进行曲线拟合的收敛条件为均方根误差值小于20。

第三方面，本发明还提供了一种薄膜纵向不均匀性检测方法，包括：

测量被测样品的椭偏光谱曲线；

将被测样品的椭偏光谱曲线信息发送给如上述方案中所述的薄膜纵向不均匀性检测装置；所述被测样品的椭偏光谱曲线信息表征所述被测样品的椭偏光谱曲线；

利用所述薄膜纵向不均匀性检测装置确定被测样品的纵向不均匀性。

在一些实施例中，所述测量被测样品的椭偏光谱曲线包括：

入射线偏振光到被测样品表面，检测到所述被测样品的椭圆偏振p光与s光的振幅比光谱曲线和相位差光谱曲线。

在一些实施例中，所述测量被测样品的椭偏光谱曲线包括：

设定线偏振光的入射角度，使得所述线偏振光的入射角度包括至少一个第一入射角度和至少一个第二入射角度，每个所述第一入射角度大于被测样品材料的布儒斯特角，每个所述第二入射角度小于被测样品材料的布儒斯特角；

分别在至少一个第一入射角度和至少一个第二入射角度下，向被测样品入射线偏振光，检测被测样品的椭圆偏振p光与s光的振幅比和被测样品的椭圆偏振p光与s光的相位差；

根据所述被测样品的椭圆偏振p光与s光的振幅比和线偏振光的波长范围，获得被测样品的椭偏振幅比光谱曲线；

根据所述被测样品的椭圆偏振p光与s光的相位差和线偏振光的波长范围，获得被测样品的椭偏相位差光谱曲线。

在一些实施例中，所述线偏振光的波长范围为300nm-2400nm。

第四方面，本发明实施例也提供了一种检测系统，包括：

椭偏光谱仪；

如上述方案中所述的薄膜纵向不均匀性检测装置，所述薄膜纵向不均匀性检测装置所包括的接收器与所述椭偏光谱仪连接。

第五方面，本发明提供了一种终端，包括：

存储器，用于储存一个或多个计算机软件指令，其包含用于执行上述方案中所述的薄膜纵向不均匀性检测方法所涉及的程序；

处理器，用于执行一个或多个计算机软件指令，以实现上述方案中所述的薄膜纵向不均匀性检测方法所涉及的程序。

本发明提供的一种薄膜纵向不均匀性检测方法，根据被测样品的特性建立各向同性的物理模型，使得该物理模型至少包括薄膜模型；然后将薄膜模型所含有的至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数，接着以被测样品的椭偏光谱曲线信息为曲线拟合目标，利用薄膜模型对至少一组梯度化变量参数进行曲线拟合，获得被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息；此时，被测样品的光电参数在被测薄膜纵向方向上的变化曲线信息与被测样品的椭偏光谱曲线信息相适应，说明所建立的物理模型与实际被测样品相匹配，且被测薄膜的光电参数在被测薄膜纵向方向上的变化曲线信息可以反映被测薄膜的纵向不均匀性，因此，当所建立的物理模型与实际被测样品相匹配时，可以根据被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息确定被测样品的纵向不均匀性；由此可见，本发明提供的薄膜纵向不均匀性检测方法，可针对任何薄膜样品进行无损检测，以确定其纵向不均匀性，不受薄膜组成的限制；同时，还可以在确定被测样品的纵向不均匀性时，通过调节工艺参数和/或薄膜组成，判断工艺参数和/或薄膜组成对拟合过程中所使用的梯度化变量参数的影响，如果发现工艺参数和/或薄膜组成对拟合过程中所使用的梯度化变量参数有影响，则说明是工艺参数和/或薄膜组成导致了薄膜的纵向不均匀性。也就是说，本发明提供的薄膜纵向不均匀性检测方法，还可以利用拟合所使用的梯度化变量参数分析产生薄膜纵向不均匀性的原因，用以指导成膜工艺或者薄膜组成的选择。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种检测系统的结构框图；

图2为本发明实施例一提供的一种薄膜纵向不均匀性检测方法的流程图；

图3为本发明实施例一提供的另一种薄膜纵向不均匀性检测方法的流程图；

图4为本发明实施例一的被测样品的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的薄膜纵向不均匀性检测终端的框架图；

图6为本发明实施例中测量被测样品的椭偏光谱曲线的具体流程图；

图7为实施例二中ito薄膜的椭偏δ光谱曲线图；

图8为实施例二中ito薄膜的椭偏ψ光谱曲线图；

图9为实施例二中线性梯度变化的中心峰位分布示意图；

图10为实施例二中ito薄膜的折射率和消光系数在被测样品纵向方向上的变化曲线图；

图11为实施例二中ito薄膜顶部与底部的介电常数随光子能量的变化曲线图；

图12为实施例三中azo薄膜的椭偏δ光谱曲线图；

图13为实施例三中azo薄膜的椭偏ψ光谱曲线图；

图14为实施例三中非线性梯度变化的中心峰位分布示意图；

图15为实施例三中azo薄膜的折射率和消光系数在被测样品纵向方向上的变化曲线图；

图16为实施例三中azo薄膜顶部与底部的介电常数随光子能量的变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

透明导电薄膜是一种重要的光电材料，既有高导电性，又在可见光范围内有很高的透光性，且在远红外范围有很高的反射性，在太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、飞机和汽车用导热玻璃(防雾和防结冰)等光电领域得到了广泛应用。

上述透明导电薄膜中的氧含量对光电性能有重要影响，若氧含量低，则氧空位使得透明导电薄膜呈现类金属的颜色而失去透明性；若氧含量高，则透明导电薄膜中的氧空位数量减少，或者使外来施主杂质(施主杂质是指为了控制半导体的性质可以人为地掺入某种化学元素的原子，掺入杂质元素与半导体材料价电子的不同而产生的多余价电子会挣脱束缚，成为导电的自由电子，杂质电离后形成正电中心)失去掺杂的效果，导致透明导电薄膜的化学成分接近于100％，甚至使得透明导电薄膜失去导电性而变为绝缘体；当氧含量适当时，透明导电薄膜中氧空位数量适当，替位杂质(以半导体材料硅为例，杂质原子进入半导体硅后，只可能以两种方式存在：一种方式是杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，常称为间隙式杂质；另一种方式是杂质原子去掉晶格原子而位于晶格格点处，常称为替位式杂质)发挥了施主的作用，使得透明导电薄膜的光电性能俱佳。

由于表面弛豫与表面能的作用使得薄膜表面与内部存在成分或结构的过渡，以实现能量与物质的平衡，使得采用镀膜工艺所形成的透明导电薄膜不可避免的存在氧含量沿透明导电薄膜的纵向(透明导电薄膜的厚度方向)分布不均，因此需要检测薄膜材料的纵向不均匀。针对于此，现有技术中，通常需要通过给被测样品入射能量并检测出射粒子或发射的荧光光谱，如采用x射线辐照或轰击刻蚀，最终获得被测样品的纵向不均匀性，但是也对被测样品造成了破坏，均为有损检测。虽然也有人提供了一种无损检测薄膜纵向不均匀的方法，但是其所检测的薄膜属于双组分体系，需要使用有效介质模型建立薄膜模型，其不具有普适性。

本发明实施例提供了一种检测系统，如图1所示，该检测系统包括椭偏光谱仪100和薄膜纵向不均匀性检测装置200，椭偏光谱仪100与薄膜纵向不均匀性检测装置200连接。下面结合图1和图2对本发明实施例提供的检测系统的检测方法进行说明，以下说明仅用于解释，不作为限定。

第一步：椭偏光谱仪100测量被测样品的椭偏光谱曲线；该椭偏光谱仪又称为椭圆偏振光谱仪，可检测被测样品的椭偏光谱曲线，椭偏光谱曲线可以为椭偏相位差光谱曲线(又称椭偏δ光谱曲线)和/或椭偏振幅比ψ光谱曲线(又称椭偏ψ光谱曲线)。

第二步：将被测样品的椭偏光谱曲线信息发送给薄膜纵向不均匀性检测装置200。

第三步：利用薄膜纵向不均匀性检测装置200确定被测样品的纵向不均匀性。

在第一种实现方式中，请参阅图3，本发明实施例提供了一种薄膜纵向不均匀性检测方法，纵向不均匀性指由于在薄膜纵向方向上成分或结构不均匀导致的光学常数或介电常数不均匀。该薄膜纵向不均匀性检测方法包括：

步骤s110：获取被测样品的椭偏光谱曲线信息，该椭偏光谱曲线信息表征的椭偏光谱曲线(椭圆偏振光谱)为上述椭偏光谱曲线。被测样品至少包括被测薄膜402，被测薄膜的层数可以为一层，也可以为多层；例如，被测薄膜为透明导电氧化物膜，其所使用的材料可以为in2o3、sno2、zno、in2o3:sn(ito)、in2o3:mo(imo)、sno2:sb(ato)、sno2:f(fto)、zno:al(azo)等中的一种或多种，当然不仅限于此。

如图4所示，在符合实际情况的基础上，考虑到被测样品/空气界面并不是理想的光滑平面，被测样品还包括粗糙层401和基体层403，被测薄膜402位于基体层403与粗糙层401之间，被测薄膜402采用成膜设备在基体表面制作而成。成膜工艺选用电子束蒸发法、磁控溅射法、化学气相沉积法中的任意一种，当然不仅限于此。

上述基体层403为各种种类的透明玻璃，透明塑料等，上述粗糙层401是指被测薄膜接触大气的表面，其不质密，较疏松，其采用有效介质理论设计而成，有效介质理论是指纳米金属颗粒弥散于陶瓷(电介质)基体所构成的复合纳米金属陶瓷薄膜微结构的模型理论，所设计的粗糙层包括50％孔隙率的表面疏松层，即该表面疏松层包括体积百分比为50％的孔隙和体积百分比为50％的被测薄膜材料，其光学常数为被测薄膜的光学常数的二分之一。

步骤s120：根据被测样品的特性建立各向同性的物理模型，物理模型至少包括薄膜模型。当被测样品还包括基体层和粗糙层时，建模时，设置该物理模型还包括基体模型和表面模型。

具体而言，根据基体层的特性建立基体模型，根据被测薄膜的特性建立薄膜模型，根据粗糙层的特性建立表面模型。

上述各向同性的物理模型所包括的薄膜模型、基体模型和表面模型均被为认为是各向同性的模型，其对应的实体膜层所含有的物质也具有各向同性。其中，各向同性(又称均质性)是指物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性。

上述被测样品的特性既可以包括被测样品的物质组成，也可以包括被测样品的光电参数。由于建立物理模型的特性为被测样品的物质组成，椭偏光谱仪测量被测样品的椭偏光谱曲线，所以，被测样品的物理模型选择对于后期拟合非常重要，此处的物理模型包括柯西模型(即cauchymodel)、洛伦兹模型(即lorentzmodel)、高斯模型(即gaussianmodel)、杜鲁德模型(即drudemodel)，但不仅限于此。上述被测样品所包括的各个膜层的物理模型选择根据被测样品的特性选择即可；其中，柯西模型适用于透明或弱吸收材料，洛伦兹模型和高斯模型均适用于半导体材料，而杜鲁德模型适用于金属材料。例如：当上述基体层203为透明玻璃，则选择柯西模型作为基体层的物理模型；当上述被测薄膜402为透明导电薄膜时，则选择洛伦兹模型和高斯模型作为透明导电薄膜的物理模型。当上述表面模型对应的膜层具有一定的粗糙度，则采用有效介质方法构建表面模型，该表面模型的类型为有效介质模型。

步骤s130：将薄膜模型所含有的至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数。即一个变量参数可转换为一组梯度化变量参数。

例如：上述被测薄膜容易出现纵向不均匀性，因此，此处选择薄膜模型中的至少一个变量参数，将至少一个变量参数梯度化变量参数。考虑到薄膜模型中有若干个变量参数，为了降低拟合难度，选取至少一个变量参数并将其转换为梯度化变量参数。优选地，通过表达该变量参数沿膜层深度变化的梯度函数的方式将变量参数转换为梯度化变量参数。

可以理解的是，上述薄膜模型所含有的变量参数在数值上沿膜层深度方向(纵向)梯度变化多是由于膜层生产工艺导致的纵向不均匀，如氧气量的供给，纵向自由能的变化，电负性的变化等各种原因的驱动力导致。基于此，上述将薄膜模型所含有的至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数包括：

按照对拟合结果影响权重由高到低的顺序，选择薄膜模型中的一个或两个变量参数进行梯度化转换。

例如：当选择薄膜模型中的一个变量参数进行梯度化转换，从薄膜模型中选取对拟合结果影响权重最大的一个变量参数进行梯度化转换。

又例如：当选择薄膜模型中的两个变量参数进行梯度化转换，按照对拟合结果影响权重由高到低的顺序，从薄膜模型中选取排序在前两位的变量参数进行梯度化转换。

上述梯度化变量参数包括线性梯度变化的变量参数或非线性梯度变化的变量参数。若选用两个变量参数进行梯度化变换，可以根据需要选择其中一个变量参数做线性梯度化变换，另一个变量参数做非线性梯度化变化。将变量参数转换成线性梯度变化的变量参数还是非线性梯度变化的变量参数采用试错确定。试错优先级按照先线性梯度变化的变量参数拟合曲线，拟合不出较好地结果，再转换为非线性梯度变化的变量参数拟合曲线；如果拟合不出来，再选取另一个变量参数重新进行试错。如果仍然无法拟合成功，则需要考虑所建立的物理模型是否恰当。例如：本来为金属模型却建立为适合透明材料的柯西模型；或者，输入的初始值是否与实际情况偏差太多，例如：膜厚为350nm的薄膜的膜厚初始值输入为1000nm，所拟合的结果就会与实际情况产生较大的偏差。

步骤s140：以被测样品的椭偏光谱曲线信息为曲线拟合目标，利用薄膜模型对至少一组梯度化变量参数进行曲线拟合，若拟合成功，获得被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息。此处的光电参数包括折射率n、消光系数k、介电常数中的一种或多种，具体根据实际需要选择不同种类的光电参数。

例如：选取一到两个变量参数，同时将其转换为梯度化变量参数，获得一组到两组梯度化变量参数，然后将这一组到两组梯度化变量参数代入至薄膜模型中通过反演计算进行拟合。若拟合失败，则重新选取其他变量参数进行梯度化处理，然后进行拟合。若仍然拟合失败，则说明建立的各向同性物理模型有可能不合适，需要返回步骤s120改变所建立的各向同性物理模型的种类，然后按照执行步骤s130和步骤s140，直到拟合成功为止。

s150：根据被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息确定被测样品的纵向不均匀性。由于光电参数在一定程度上反映了膜层的均匀性，因此，可通过被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线确定被测样品的纵向不均匀性，进而确认被测样品的性质，从而将其应用到合适的领域中。

由上可以看出：根据被测样品的特性建立各向同性的物理模型，使得该物理模型至少包括薄膜模型；然后将薄膜模型所含有的至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数，接着以被测样品的椭偏光谱曲线信息为曲线拟合目标，利用薄膜模型对至少一组梯度化变量参数进行曲线拟合，获得被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息；此时，被测样品的光电参数在被测薄膜纵向方向上的变化曲线信息与被测样品的椭偏光谱曲线信息相适应，说明所建立的物理模型与实际被测样品相匹配，且被测薄膜的光电参数在被测薄膜纵向方向上的变化曲线信息可以反映被测薄膜的纵向不均匀性，因此，当所建立的物理模型与实际被测样品相匹配时，可以根据被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息确定被测样品的纵向不均匀性；由此可见，本发明实施例提供的薄膜纵向不均匀性检测方法，可针对任何薄膜样品进行无损检测，以确定其纵向不均匀性，不受薄膜组成的限制；同时，还可以在确定被测样品的纵向不均匀性时，通过调节工艺参数和/或薄膜组成，判断工艺参数和/或薄膜组成对拟合过程中所使用的梯度化变量参数的影响，如果发现工艺参数和/或薄膜组成对拟合过程中所使用的梯度化变量参数有影响，则说明是工艺参数和/或薄膜组成导致了薄膜的纵向不均匀性。也就是说，本发明提供的薄膜纵向不均匀性检测方法，还可以利用拟合所使用的梯度化变量参数分析产生薄膜纵向不均匀性的原因，用以指导成膜工艺或者薄膜组成的选择。因此，相较于现有技术，本发明实施例提供的一种薄膜纵向不均匀性检测方法不需要检测入射粒子或射线束与被测样品碰撞产生出射粒子或起辉发射荧光，为非接触式无损检测，不损伤被测样品的物质组成，也不影响被测样品的使用性能，非常适用于生产线上对产品或实验室对样品的无损检测。

在一些实施例中，上述曲线拟合主要依据是均方误差值(meansquarederror，缩写为mse)确定判断曲线拟合是否成功；其中，均方误差值越小意味着拟合出的变化曲线信息与被测样品的椭偏光谱曲线信息越吻合。而上述曲线拟合就是寻找最小均方误差值的过程，将进行曲线拟合的收敛条件设置为均方误差值小于80；进一步，将进行曲线拟合的收敛条件设置为均方误差值小于20，可较快的拟合出符合要求的被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息。

可以理解的是，由于镀膜法或化学沉积法等成膜工艺的原因，使得所制作的薄膜的成品规格不可避免的存在一定的误差，即成品规格与所要求的规格之间有一定的差距，这导致向基础模型输入薄膜的已知值时，所拟合出的结果与设定规格有所出入。例如：当透明导电薄膜的初始膜厚为350nm，将350nm作为基础模型的初始值输入基础模型，所获得的拟合结果在350nm左右，而不会与初始膜厚保持一致，这种误差是允许的。为了提高拟合的准确性，可在进行曲线拟合前将已知的初始值输入基础模型进行拟合后，根据拟合结果重新设定膜厚初始值为100nm-700nm，此时同样可以拟合出的结果，只是mse值结果会不同，但如果膜厚初始值的偏差太多，比如设定膜厚初始值为1000nm，则拟合出的结果就相差甚远了。由此可见，在拟合过程中，将所需拟合的参数设定为一组梯度化变量参数，可有效缩短拟合时间，从而提高拟合准确率。

为了使获得的被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息更为精确，可以要求被测样品的光电参数满足克莱默-克朗尼格关系(kramers-kronig关系，简称k-k关系)，光电参数可以为光学常数、介电常数中的一种或两种。

例如：光学常数包括折射率n与消光系数k，当光学常数满足k-k关系时，折射率n和消光系数k满足k-k关系。另外，由于光的本质是电磁波，根据麦克斯韦方程可推导出光学常数与介电常数之间的关系式：n²-k²＝εr，2nk＝σ/(ωe0)(εr为相对介电常数，为复数；σ为电导率，ω为平面波的角频率，e0为真空介电常数)。而根据光学常数与介电常数之间的关系式，可以确定光学常数与介电常数之间存在的数学关系，因此，进行曲线拟合时，可以根据实际需要选择拟合结果为光学常数还是介电常数，或者是光学常数和介电常数。

可以理解的是，上述薄膜纵向不均匀性检测方法可依靠处理器执行，该处理器可以是一个处理器，也可以是多个处理元件的统称。例如，该处理器可以是中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)，也可以是特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路，例如：一个或多个微处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)。

在实际应用中，可以将上述处理器设在椭偏光谱仪中，使得其作为椭偏光谱仪的一部分，从而实现对椭偏光谱仪的升级改造；同时，该处理器可以与椭偏光谱仪内的处理器以芯片的形式集成在一起。当然，也可以将上述处理器设在其他终端设备中，并保持该终端设备与椭偏光谱仪通信。

本发明实施例还提供了一种薄膜纵向不均匀性检测终端300，如图5所示，包括：存储器301和处理器302；其中，存储器301用于储存一个或多个计算机软件指令，其包含用于执行上述第一种实现方式的薄膜纵向不均匀性检测方法所涉及的程序；处理器302用于执行一个或多个计算机软件指令，以实现上述方案中薄膜纵向不均匀性检测方法。

该薄膜纵向不均匀性检测终端还包括收发器303以及总线304，存储器301、处理器302和收发器303通过总线304互相通信；收发器303可支持处理器与椭偏光谱仪100和显示模组500通信。

上述存储器301可以是一个存储装置，也可以是多个存储元件的统称，且用于存储执行本发明方案的程序代码，并由处理器302来控制执行。存储器301可以是只读存储器(read-onlymemory，rom)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)、只读光盘(compactdiscread-onlymemory，cd-rom)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

上述处理器302可以是一个处理器，也可以是多个处理元件的统称。例如，该处理器302可以是中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)，也可以是特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路，例如：一个或多个微处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)。

上述收发器303则用于与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(ran)，无线局域网(wirelesslocalareanetworks，wlan)等。

上述总线304可以是工业标准体系结构(industrystandardarchitecture，isa)总线、外部设备互连(peripheralcomponent，pci)总线或扩展工业标准体系结构(extendedindustrystandardarchitecture，eisa)总线等。该总线304可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

请参阅图1和图3，本发明实施例提供了一种薄膜纵向不均匀性检测装置，该薄膜纵向不均匀性检测装置可执行上述第一种实现方式中的薄膜纵向不均匀性检测方法，该薄膜纵向不均匀性检测装置包括：

接收单元201，用于获取被测样品的椭偏光谱曲线信息，如图4所示，被测样品至少包括被测薄膜402。

模型化单元202，用于根据被测样品的物质组成建立各向同性的物理模型，该物理模型包括至少包括薄膜模型；将薄膜模型所含有的至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数。

曲线拟合单元203，用于以被测样品的椭偏光谱曲线信息为曲线拟合目标，利用至少一组薄膜模型对梯度化变量参数进行曲线拟合，获得被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息。

分析单元204，用于根据被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息评价被测样品的纵向不均匀性。

具体实施时，接收单元201接收被测样品的椭偏光谱曲线信息；如图4所示，考虑到被测样品/空气界面并不是理想的光滑平面，被测样品包括粗糙层401、被测薄膜402和基体层403；粗糙层401由体积百分比为50％的被测薄膜和体积百分比为50％的孔隙组成，且被测薄膜402可以为不止一层。

模型化单元202对被测样品建立各向同性的物理模型，以模拟出符合被测样品特性的物理模型，并且考虑到对被测样品光电常数起决定性作用的为薄膜层，故所建立的物理模型至少包括薄膜模型；并且薄膜模型包括若干个变量参数，同时，由于被测薄膜容易出现纵向不均匀的问题，将至少一个变量参数转换为至少一组梯度化变量参数。

曲线拟合单元203以椭偏光谱曲线信息为拟合目标，利用薄膜模型对至少一组梯度化变量参数进行曲线拟合，获得被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息。

分析单元204根据被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息来确定被测样品的纵向不均匀性。

可以理解的是，上述物理模型包括透明材料物理模型和/或折射色散振子模型；而梯度化变量参数包括线性梯度变化的变量参数或非线性梯度变化的变量参数，具体效果分析参见前文，此处不再赘述。

上述曲线拟合的过程实质是寻找最小均方误差值的过程，为了较快得到被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息，将进行曲线拟合的收敛条件设置为均方误差值小于80；进一步，将进行曲线拟合的收敛条件设置为均方误差值小于20。

为了使获得的被测样品的光电参数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息更为精确，可以要求被测样品的光学常数和/或介电常数满足k-k关系。

在第二种可实现方式中，如图2所示，提供一种薄膜纵向不均匀性检测方法，包括：

步骤s210：测量被测样品的椭偏光谱曲线，可采用椭偏法测量椭偏光谱曲线，椭偏法不但高灵敏度、高精度，并且还为无损非接触的检测方式，不会对被测样品造成损害。

步骤s220：将被测样品的椭偏光谱曲线信息发送给上述薄膜纵向不均匀性检测装置。其中，被测样品的椭偏光谱曲线信息表征被测样品的椭偏光谱曲线。

步骤s230：利用薄膜纵向不均匀性检测装置确定被测样品的纵向不均匀性。

与现有技术相比，本发明实施例提供的薄膜纵向不均匀性检测方法可参见前文描述，此处不做详述。

在一些实施例中，如图6所示，上述测量被测样品的椭偏光谱曲线具体包括：

步骤s211：设定线偏振光的入射角度，使得线偏振光的入射角度包括至少一个第一入射角度和至少一个第二入射角度，第一入射角度大于被测样品材料的布儒斯特角，第二入射角度小于被测样品材料的布儒斯特角。

步骤s212：向被测样品入射线偏振光，检测被测样品的椭圆偏振p光与s光的振幅比和被测样品的椭圆偏振p光与s光的相位差。考虑到透明导电薄膜或者其他薄膜的的光学常数梯度变化存在于可见光及近红外波段，因此，设定线偏振光的波长范围为300nm-2400nm。

步骤s213：根据被测样品的椭圆偏振p光与s光的振幅比和线偏振光的波长范围，获得被测样品的椭偏ψ光谱曲线；根据被测样品的椭圆偏振p光与s光的相位差和线偏振光的波长范围，获得被测样品的椭偏δ光谱曲线。

当第一入射角度大于被测样品材料的布儒斯特角，第二入射角度小于被测样品材料的布儒斯特角时，使得所测量的被测样品的椭圆偏振p光与s光的相位差具有突变，可利用该突变确定后期曲线拟合结果是否准确，因此，当第一入射角度大于被测样品材料的布儒斯特角，第二入射角度小于被测样品材料的布儒斯特角时，所测得的被测样品的椭偏光谱曲线比较利于后期曲线拟合；如果第一入射角度和第二入射角度均大于被测样品材料的布儒斯特角，或者第一入射角度和第二入射角度均小于被测样品材料的布儒斯特角，则所测量的被测样品的椭偏光谱曲线没有太大的差别，不利于后期曲线拟合，容易造成曲线拟合不准确的问题。例如：如玻璃的布儒斯特角为56.7°，那么测试角度需要至少有分别小于56.7°和大于56.7°的两个入射角度。

至于上述第一入射角度的数量和上述第二入射角度的数量可以根据实际情况决定；当上述第一入射角度的数量至少为两个时，各个第一入射角度不同，当上述第二入射角度的数量至少为两个时，各个第二入射角度不同。

实施例二

本发明实施例提供了一种薄膜纵向不均匀性检测方法，包括：

第一步，采用椭圆偏振光谱仪测试膜厚为350nm的in2o3:sn(又称为ito)薄膜，椭圆偏振光谱仪为美国j.a.woollam公司生产的v型自动变角光谱型椭圆偏振光谱仪。采用椭圆偏振光谱仪测试膜厚为350nm的in2o3:sn(又称为ito)薄膜包括：在v型自动变角光谱型椭圆偏振光谱仪处在高精度模式时，设定线偏振光的入射角度为52.5°～75°，线偏振光的波长范围为300nm-900nm；在线偏振光的入射角度为52.5°～75°下，分别利用线偏振光照射ito薄膜，获得如图7中粗虚线所示的ito薄膜的椭偏δ光谱实测曲线和如图8中粗虚线所示的ito薄膜的椭偏ψ光谱实测曲线。

第二步，上述ito薄膜形成在基体层之上，同时还包括形成在ito薄膜远离基体层之上的粗糙层；基体层为6mm厚普通浮法玻璃，粗糙层是采用有效介质理论设定的体积百分比为50％的ito膜和体积百分比为50％的孔隙的表面疏松层，其光学常数为ito膜光学常数的一半。基于此，根据基体层、ito薄膜和粗糙层的特性建立各向同性的物理模型，该物理模型包括表面模型、ito模型和基体模型，在建模过程中，按照建模空间次序依次建立表面模型、ito模型和基体模型，使得表面模型、ito模型和基体模型在建模空间上呈现由上至下的顺序。

上述表面模型是根据粗糙层的特性建立的有效介质模型，ito模型是根据ito薄膜的特性建立，基体模型是根据浮法玻璃的特性建立对于浮法玻璃来说，浮法玻璃所使用的材料透明材料，所建立的基体模型的种类为柯西模型。对于ito薄膜来说，ito薄膜所使用的材料为半导体材料，所建立的薄膜模型为洛伦兹模型或高斯模型。基于此，根据ito薄膜的透明导电特性，建立为作为ito模型的高斯模型，高斯模型是用高斯概率密度函数(对应的曲线为正态分布曲线)精确地量化事物，将一个事物分解成若干的基于高斯概率密度函数形成的模型。

第三步，高斯模型中的变量参数有中心峰位en、振幅(即峰高amp)、半高宽br等。从高斯模型所含有的选择中心峰位en作为变量参数，将中心峰位en转换为线性梯度变化的变量参数，即将中心峰位en在纵向的最大值与最小值之间分成若干个台阶，且台阶数目越多，拟合时间较长但是拟合效果较好；台阶数目越少，拟合时间较短但拟合效果不佳。

例如：图9示出了线性梯度变化的中心峰位分布示意图，其纵坐标为中心峰位en，横坐标为高斯模型对应的实体膜层的深度(也可以为纵向长度)。如图9所示，采用线性梯度模型将中心峰位en设置为沿纵向方向(高斯模型对应的实体膜层的纵向方向或者厚度方向)变化的10个高度相等的台阶，获得线性梯度变化的中心峰位。

第四步，利用高斯模型采用反演计算的方式对线性梯度化中心峰位进行曲线拟合，拟合的mse值为9；其中，在进行曲线拟合的过程中，所拟合出的曲线为如图7中细实线所示的ito薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线和如图8中细实线所示的ito薄膜的椭偏ψ光谱拟合曲线。在拟合成功时，将所获得的ito薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线和ito薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线进行变换，获得如图10所示的ito薄膜的折射率和消光系数在被测样品纵向方向上的变化曲线的相关信息，当然也可以获得如图11所示的ito薄膜顶部与底部的介电常数随光子能量的变化曲线的相关信息。

图7和图8中a～j代表线偏振光的入射角度，a＝52.5°，b＝57.5°，c＝62.5°，d＝55°，e＝65°，f＝60°，g＝70°，h＝67.5°，i＝72.5°，j＝75°；将图7中粗虚线所示的ito薄膜的椭偏δ光谱实测曲线和细实线所示的ito薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线进行对比可以发现：根据所建立的高斯模型以及设置的线性梯度变化的变量参数，得到ito薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线与ito薄膜的椭偏δ光谱实测曲线相吻合，且ito薄膜的椭偏δ光谱实测曲线满足k-k关系，说明采用高斯模型对线性梯度变化的中心峰位进行拟合的拟合结果很好。将图8中粗虚线所示的ito薄膜的椭偏ψ光谱实测曲线和细实线所示的ito薄膜的椭偏ψ光谱拟合曲线进行对比可以发现：根据所建立的高斯模型以及设置的线性梯度变化的变量参数，得到ito薄膜的椭偏ψ光谱拟合曲线与ito薄膜的椭偏ψ光谱实测曲线相吻合，且ito薄膜的椭偏ψ光谱实测曲线满足k-k关系，说明采用高斯模型对线性梯度变化的中心峰位进行拟合的拟合结果很好。此时，可将如图10所示的ito薄膜的折射率和消光系数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息输出，当然也可以选择如图11所示的ito薄膜顶部与底部的介电常数随光子能量的变化曲线输出，所输出的图10和图11可通过显示模组显示，以方便数据分析。

第五步，图10中示出的上折射率是指ito薄膜相对粗糙层的表面(下文简称ito薄膜的顶部)的折射率，下折射率是指ito薄膜相对基体层的表面(下文简称ito薄膜的底部)的折射率，可利用下折射率代表ito薄膜的内部折射率；上消光系数是指ito薄膜顶部的消光系数，下消光系数是指ito薄膜底部的消光系数，可利用下消光系数代表ito薄膜的内部消光系数。由图10可以看出：对于折射率来说，ito薄膜的顶部折射率大于ito薄膜的底部(内部)折射率，且差别随波长无变化。对于消光系数来说，在短波长的范围内，ito薄膜的顶部消光系数与ito薄膜的底部(内部)消光系数相同；在长波长的范围内，ito薄膜的顶部消光系数大于ito薄膜的底部(内部)的消光系数，因此，可以根据图10可以确定ito薄膜的折射率与消光系数同时沿ito薄膜纵向方向的变化，而ito薄膜的折射率与消光系数同时随纵向方向的变化时，确定ito薄膜的氧含量随ito薄膜纵向方向不均匀。

图11中示出的上ε1为ito薄膜相对粗糙层的表面(下文简称ito薄膜的顶部)的实部，下ε1为ito薄膜相对基体层(下文简称ito薄膜的底面)的表面的实部；上ε2为ito薄膜相对粗糙层的表面(下文简称ito薄膜的顶部)的实部，下ε2为ito薄膜相对基体层的表面(下文简称ito薄膜的底部部)的实部。由图11可以看出，ito薄膜的顶部介电常数的实部ε1与虚部ε2均大于ito薄膜的底部介电常数的实部ε1与虚部ε2，因此，可以根据图11确定ito薄膜的介电常数沿ito薄膜的纵向变化；而当ito薄膜的介电常数沿ito薄膜的纵向变化时，确定ito薄膜的氧含量随ito薄膜纵向方向不均匀。

实施例三

第一步，采用椭圆偏振光谱仪测试膜厚为250nm的zno:al(又称为azo)薄膜，椭圆偏振光谱仪为美国j.a.woollam公司生产的v型自动变角光谱型椭圆偏振光谱仪。采用椭圆偏振光谱仪测试膜厚为350nm的in2o3:sn(又称为ito)薄膜包括：在v型自动变角光谱型椭圆偏振光谱仪处在高精度模式时，设定线偏振光的入射角度为入射角度为55°与65°，线偏振光的波长范围为300-2500nm；在线偏振光的入射角度为55°与65°，分别利用线偏振光照射ito薄膜，获得，获得如图12中粗虚线所示的azo薄膜的椭偏δ光谱实测曲线和如图13中粗虚线所示的azo薄膜的椭偏ψ光谱实测曲线。

第二步，上述azo薄膜形成在基体层表面，同时还包括形成在azo薄膜原理基体层表面的粗糙层，基体层为6mm厚普通浮法玻璃，粗糙层是采用有效介质理论设定的体积百分比为50％的azo膜和体积百分比为50％的孔隙的表面疏松层，其光学常数为azo膜光学常数的一半。基于此，根据基体层、azo薄膜和粗糙层的特性建立各向同性的物理模型，该物理模型包括表面模型、azo模型和基体模型，在建模过程中，按照建模空间次序依次建立表面模型、ito模型和基体模型，使得表面模型、ito模型和基体模型在建模空间上呈现由上至下的顺序。

上述表面模型是根据粗糙层的特性建立的有效介质模型，azo模型是根据azo薄膜的特性建立，基体模型是根据浮法玻璃的特性建立。对于浮法玻璃来说，浮法玻璃所使用的材料透明材料，所建立的基体模型的种类为柯西模型。对于azo薄膜来说，azo薄膜所使用的材料为半导体材料，所建立的薄膜模型为洛伦兹模型或高斯模型。基于此，根据azo薄膜的透明导电特性，建立作为azo模型的高斯模型，高斯模型是用高斯概率密度函数(对应的曲线为正态分布曲线)精确地量化事物，将一个事物分解成若干的基于高斯概率密度函数形成的模型。

第三步，高斯模型中的变量参数有中心峰位en、振幅(即峰高amp)、半高宽br等。从高斯模型所含有的选择中心峰位en作为变量参数，将中心峰位en转换为非线性梯度变化的变量参数，即将中心峰位en在纵向的最大值与最小值之间分成若干个台阶，且台阶数目越多，拟合时间较长但是拟合效果较好；台阶数目越少，拟合时间较短但拟合效果不佳。

例如：图14示出了非线性梯度变化的中心峰位分布示意图，其纵坐标为中心峰位en，横坐标为高斯模型对应的实体膜层的深度(也可以纵向长度)。如图14所示，采用非线性梯度模型将中心峰位en设置为沿纵向方向(高斯模型对应的实体膜层的纵向方向或者厚度方向)不均匀变化的20个梯度台阶，台阶走向为先降后升，获得非线性梯度变化的中心峰位。

第四步，然后利用高斯模型采用反演计算的方式对非线性梯度变化的中心峰位进行曲线拟合，拟合的mse值为6；其中，在进行曲线拟合的过程中，所拟合出的曲线为如图12中细实线所示的azo薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线和如图13中细实线所示的azo薄膜的椭偏ψ光谱拟合曲线。在拟合成功时，将所获得的azo薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线和azo薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线进行变换，获得如图14所示的azo薄膜的折射率和消光系数在被测样品纵向方向上的变化曲线的相关信息，当然也可以获得如图15所示的azo薄膜顶部与底部的介电常数随光子能量的变化曲线的相关信息。

图12和图13中a、b代表线偏振光的入射角度，a＝55°，b＝65°；将图12中粗虚线所示的azo薄膜的椭偏δ光谱实测曲线和细实线所示的azo薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线进行对比可以发现：根据所建立的高斯模型以及设置的非线性梯度变化的变量参数，得到azo薄膜的椭偏δ光谱拟合曲线与azo薄膜的椭偏δ光谱实测曲线相吻合，且azo薄膜的椭偏δ光谱实测曲线满足k-k关系，说明采用高斯模型对非线性梯度变化的中心峰位进行拟合的拟合结果很好。将图13中粗虚线所示的azo薄膜的椭偏ψ光谱实测曲线和细实线所示的azo薄膜的椭偏ψ光谱拟合曲线进行对比可以发现：根据所建立的高斯模型以及设置的非线性梯度变化的变量参数，得到azo薄膜的椭偏ψ光谱拟合曲线与azo薄膜的椭偏ψ光谱实测曲线相吻合，且azo薄膜的椭偏ψ光谱实测曲线满足k-k关系，说明采用高斯模型对非线性梯度变化的中心峰位进行拟合的拟合结果很好。此时，可将如图15所示的azo薄膜的折射率和消光系数在被测样品纵向方向上的变化曲线信息输出，当然也可以选择如图16所示的azo薄膜顶部与底部的介电常数随光子能量的变化曲线输出，所输出的图15和图16可通过显示模组显示，以方便数据分析。

第五步，图15中示出的上折射率是指azo薄膜相对粗糙层的表面(下文简称azo薄膜的顶部)的折射率，下折射率是指azo薄膜相对基体层的表面(下文简称azo薄膜的底部)的折射率，可利用下折射率代表azo薄膜的内部折射率；上消光系数是指azo薄膜顶部的消光系数，下消光系数是指azo薄膜底部的消光系数，可利用下消光系数代表azo薄膜的内部消光系数。由图15可以看出：对于折射率来说，azo薄膜的顶部折射率大于azo薄膜的底部(内部)折射率，且差别随波长无变化。对于消光系数来说，在短波长的范围内，azo薄膜的顶部消光系数与azo薄膜的底部(内部)消光系数相同；在长波长的范围内，azo薄膜的顶部消光系数大于azo薄膜的底部(内部)的消光系数，因此，可以根据图15可以确定azo薄膜的折射率与消光系数同时沿azo薄膜纵向方向的变化，而azo薄膜的折射率与消光系数同时随纵向方向的变化时，确定ito薄膜的氧含量随azo薄膜纵向方向不均匀。

图16中示出的上ε1为azo薄膜相对粗糙层的表面(下文简称为azo薄膜的顶部)的实部，下ε1为azo薄膜相对基体层的表面(下文简称为azo薄膜的底部的实部；上ε2为ito薄膜相对基体层的表面(下文简称为azo薄膜的顶部)的实部，下ε2为azo薄膜相对基体层的表面(下文简称为azo薄膜的底部)的实部。由图16可以看出，azo薄膜的顶部介电常数的实部ε1与虚部ε2均大于azo薄膜的底部介电常数的实部ε1与虚部ε2，因此，可以根据图16确定azo薄膜的介电常数沿azo薄膜的纵向变化；而当azo薄膜的介电常数沿azo薄膜的纵向变化时，确定azo薄膜的氧含量随azo薄膜纵向方向不均匀。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。