光谱仪规格和厚度测量的关系

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光谱仪规格和厚度测量的关系

光谱仪是MProbe测量系统的关键组成部分。

光谱仪规格与测厚能力有何关系？

哪些光谱仪参数很重要并影响测量性能？

动态范围(DNR)或信噪比(SNR)如何与厚度和n&k测量相关联。

波长分辨率或波长范围如何影响可测量的厚度范围？

动态范围

动态范围是可测量的max和min信号的比率。我们使用16位ADC，因此max信号为65535ADC计数。min的信号是暗电流的RMS信号（噪声）。它主要由检测器的读出噪声决定。对于Ariel光谱仪中使用的cmosS11639检测器，RMS噪声约为13至14个ADC计数。这给出了~5000的动态范围。因此，我们可以测量100%到0.02%的反射率。当然，0.02%将是检测限（信号=噪声）；因此我们可以在低反射率水平下精确测量约0.1%的反射率差异。图1（左）显示了其中一项测量结果。反射光谱中干涉条纹的幅度约为0.1%，并且非常清晰：薄膜叠层模型与测量数据相符，并且可以准确确定厚度/n&k。

图1 低光学对比度测量–基材上的涂层，折射率差异<0.1反射条纹p-p幅度~0.1%。模型根据数据进行拟合，厚度/n&k被准确确定。

为了进行比较，许多流行的可见光谱仪中使用的SonyILX和Toshiba1304探测器的DNR约为1000。使用这些探测器之一进行图1中的测量会更加困难。另一方面，像S10420这样的高质量ccd探测器的DNR约为40K至50K，并且可以准确测量0.01%的反射率。实际上，需要对固定模式噪声进行非常精确的校准才能测量低信号电平的信号。

信噪比(SNR)

SNR提供了信号质量的衡量标准——它将信号的功率与噪声的平均功率进行比较。max信号达到max信噪比。噪声源有很多，但大信号受到散粒噪声的限制，即噪声的主要贡献来自光子散粒噪声。短噪声由检测到的光子的波动定义，并由平方根描述的光子数。对于CMOSS11639探测器，满阱电子容量为80ke。假设量子效率约为0.6，则maxSNR约为350。很明显，SNR明显低于动态范围。作为比较，索尼ILX探测器的SNR约为250，而东芝1304探测器的SNR约为300。高质量CCDS10420的maxSNR约为550。

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