[发明专利]金刚石衬底随温度变化的测量方法

说明书

本发明公开了金刚石衬底随温度变化的测量方法，包括：测量室温下的金刚石衬底的椭偏光谱曲线(ψ₀，Δ₀)；S1，控制加热系统温度以加热金刚石衬底，预设i个加热系统温度，测量每一T_i下的金刚石衬底的椭偏光谱曲线(ψ_i，Δ_i)；S2，建立色散光学模型对光谱曲线进行分析，记录为(n₀，k₀)及(n_i，k_i)，当满足石墨化条件后，记录光学常数(n_i，k_i，d_i)；S3，绘制所有温度下的光学常数，分析变化趋势；S4，在满足石墨化条件后，结合色散光学模型，分析金刚石杂化类型的变化以及比例分布情况。它具有如下优点：测量精度高，温度变化范围宽，对折射率和温度变化灵敏，且不仅能获得光学特性的变化而且能获取金刚石衬底杂化类型。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及金刚石衬底随温度变化的杂化类型及光学特性的测量方法。

背景技术

金刚石以其高热导率、高机械强度以及良好的光学特性，广泛应用于红外窗口、高频高功率电子器件等领域。由于金刚石属于V族元素，C有多种价键形式，在单晶金刚石衬底的合成及加工过程中，难免会有一些杂化态的产生，对其光学特性产生很大的影响。金刚石基器件多用于极端恶劣条件下，高温下金刚石会发生石墨化等组份变化，导致其热导率、光学特性发生变化，从而降低器件性能以及使用寿命。因此，单晶金刚石衬底因温度引起的组份及光学特性的变化对加工乃至器件均有重要的影响。

单晶金刚石衬底在加工过程中，因其硬度极高，多以高温诱导石墨化的方式进行材料去除，检测其不同温度下组份的变化，既可有效提高其加工效率，也能保证后续衬底使用的质量。由于高温下发生石墨化的情况较为复杂，难免引入一定的杂质和残留缺陷，这些均会引起非金刚石相的吸收，从而降低其透射率，影响其折射率，光学特性和厚度的精确检测可及时反馈衬底的光学特性，以调整加工参数和决定其后续用涂。

在现有的检测中，对于金刚石的检测多为表面形貌、空位色心的检测，如CN108709877A，一种金刚石检测方法及检测装置，通过探测磁共振谱曲线来判断是否为金刚石样品，以及是否为单晶，利用氮-空位发光点缺陷的光来判断金刚石样品，利用其谱线在外磁场下的劈裂情况进一步确定该样品是否属于单晶样品，方法简单且无损，但是没有涉及其他特性的检测。

在随温度变化的特性检测多为薄膜检测，如CN110376136A，所设计的高温加载下测量薄膜光学常数及形貌参数的装置及方法，可在较宽的热温度范围内校准不同加热温度下石英玻璃窗所引入的椭偏参数偏差，通过构建还原性的测量气体氛围，使得能够更准确的测量得到待测样品的光学常数以及形貌参数，但是其使用的高温台，如若满足金刚石石墨化的条件，测量的气体氛围会有所变化，从而引起误差，而且只包含了光学常数及形貌参数，没有涉及成份变化；如CN106706521A，一种光学薄膜超宽带光学常数的测试方法，用于计算光学薄膜材料在可见光到红外波段的全谱段光学常数，尤其是针对0.3um-20um波长范围内，通过使用基底-薄膜透明区的光谱透射率和非透明区的光谱反射率相复合作为目标光谱，以振荡子模型作为光学常数的色散模型，通过目标光谱数据反演计算出薄膜的超宽带光学常数，只包含了光学常数及形貌参数，没有涉及成份变化。

发明内容

本发明提供了金刚石衬底随温度变化的测量方法，其克服了背景技术中在随温度变化的特性检测多为薄膜检测所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：金刚石衬底随温度变化的测量方法，包括：