薄膜厚度的在线和非在线测量方法
薄膜厚度是否均匀一致是检测薄膜各项性能的基础。很显然，倘若一批单层薄膜厚度不均匀，不但会影响到薄膜各处的拉伸强度、阻隔性等，更会影响薄膜的后续加工。对于复合薄膜，厚度的均匀性更加重要，只有整体厚度均匀，每一层树脂的厚度才可能均匀。因此，薄膜厚度是否均匀，是否与预设值一致，厚度偏差是否在指定的范围内，这些都成为薄膜是否能够具有某些特性指标的前提。薄膜厚度测量是薄膜制造业的基础检测项目之一。
1. 各种在线和非在线测厚技术发展快速
包装材料厚度的测试最早用于薄膜厚度测量的是非在线测厚技术。之后，随着射线技术的不断发展逐渐研制出与薄膜生产线安装在一起的在线测厚设备。上个世纪60年代在线测厚技术就已经有了广泛的应用，现在更能够检测薄膜某一涂层的厚度。同时，非在线测厚技术也有了长足的发展，各种非在线测试技术纷纷兴起。在线测厚技术与非在线测厚技术在测试原理上完全不同，在线测厚技术一般采用射线技术等非接触式测量法，非在线测厚技术一般采用机械测量法或者基于电涡流技术或电磁感应原理的测量法，也有采用光学测厚技术、超声波测厚技术的。
2. 在线测厚较为常见的在线测厚技术有β射线技术，X射线技术和近红外技术。
2.1 β射线技术
β射线技术是最先应用于在线测厚技术上的射线技术，在上世纪60年代就已经广泛用于超薄薄膜的在线厚度测量了。它对于测量物没有要求，但β传感器对温度和大气压的变化、以及薄膜上下波动敏感，设备对于辐射保护装置要求很高，而且信号源更换费用昂贵，Pm147源可用5-6年，Kr85源可用10年，更换费用均在6000美元左右。
2.2 X射线技术
这种技术极少为塑料薄膜生产线所采用。X光管寿命短，更换费用昂贵，一般可用2-3年，更换费用在50 00美元左右，而且不适用于测量由多种元素构成的聚合物，信号源放射性强。X射线技术常用于钢板等单一元素的测量。
2.3 近红外技术
近红外技术在在线测厚领域的应用曾受到条纹干涉现象的影响，但现在近红外技术已经突破了条纹干涉现象对于超薄薄膜厚度测量的限制，完全可以进行多层薄膜总厚度的测量，并且由于红外技术自身的特点，还可以在测量复合薄膜总厚度的同时给出每一层材料的厚度。近红外技术可用于双向拉伸薄膜、流延膜和多层共挤薄膜，信号源无放射性，设备维护难度相对较低。
2.4 在线测厚设备的应用情况
在线测厚能够以最快的速度获取厚度测试数据，通过数据分析，及时调整生产线的参数，缩短开车时间。但是在线测厚设备必须配备与生产线相匹配的扫描架，这在一定程度上限制了在线测厚设备的重复利用。而且由于薄膜生产线往往需要长期连续工作，因此相应的在线测厚设备也就必须长期连续工作。在设备的价格上，在线测试设备一般要比非在线测试设备贵很多，而且前者的运行费用与维护费用也比较高。
3. 非在线测厚
非在线测厚技术主要有—接触式测量法和非接触式测量法两类，接触式测量法主要是机械测量法，非接触
式测量法包括光学测量法、电涡流测量法、超声波测量法等。由于非在线测厚设备价格便宜、体积小等原因，应用领域广阔。
3.1 涡流测厚仪和磁性测厚仪
涡流测厚仪和磁性测厚仪一般都是小型便携式设备，分别利用了电涡流原理和电磁感应原理。专用于各种特定涂层厚度的测量，用于测量薄膜、纸张的厚度时有出现误差的可能。
3.2 超声波测厚仪
超声波测厚仪也多是小型便携式设备，利用超声波反射原理，可测金属、塑料、陶瓷、玻璃以及其它任何超声波良导体的厚度。可在高温下工作，这是很多其它类型的测厚仪所不具备的，但对检测试样的种类具有选择性。
3.3 光学测厚仪
从测试原理上来说光学测厚仪可达到极高的测试精度，但是这类测厚仪在使用及维护上要求极高：必须远离振源；严格防尘；专业操作及维护等。使用范围较窄，仅适用于复合层数较少的复合膜。
3.4 机械测厚仪
机械测厚仪可以分为点接触式和面接触式两类，是一种接触式测厚方法，它与非接触式测厚方法有着本质的区别——能够在进行厚度测量前给试样测量表面施加一定的压力（点接触力或面接触力），这样可以避免在使用非接触式测厚仪测量那些具有一定压缩性、表面高低不平的材料时可能出现数据波动较大的现象。机械测厚仪采用最传统的测厚方法，数据稳定可靠，对试样没有选择性。由于机械测厚仪的测试精度主要取决于测厚元件的精度，所以市场上的机械测厚仪的测试精度参差不齐。此外，机械测厚仪的核心元件——测量头及测量面——对于微小的振动都十分敏感，所以在有振源的环境中测量精度没有任何意义。为了避免自身的振动，并尽可能地减少外界振动的影响，设备底座都采用重而宽的金属制成，这在一定程度上保证了测厚精度，却也给机械测厚仪的小型化和轻便化带来了很大的困难。环境温度和风速同样可以影响传感器的精度，因此必须在实验室环境内使用。国际上制定了很多关于机械式测厚设备的标准（这在包装材料测厚领域内是比较罕见的，其它类型的测厚设备少有标准的支持），ISO 534：1988，ISO 4593：1993，ASTM D 645-97，GB/T6672-2001等。
需要指出的是，常见的机械测厚仪有点接触式测厚仪和面接触式测厚仪两类，由于测量头与试样的接触面积不同，测量头的施力不同，施力速度不同，相同的试样（这里假设厚度均匀一致）使用这两类测厚仪很可能得到不同的测试结果，这主要是由于可压缩试样在不同的情况下产生的形变率往往不相同。因此，在选择机械测厚仪测试时必须严格执行所参照标准的测试条件和测试要求。
3.5 非在线测厚设备的应用情况
非在线测厚设备的销售量要比在线测厚设备大一些，一方面，它的价格便宜；另一方面，相对于在线测厚设备，非在线测厚仪器都可以比较方便的搬运移动；再有，非在线测厚设备的使用与在线测厚设备的使用并不冲突，两者可以有效配合，提高产品合格率。对于某些试样使用不同的测厚仪可能会得到不同结果，这一方面是由于各种测厚仪的测试原理差异较大，除机械测厚仪外的其它类型测厚仪往往对试样的材质具有选择性，通用性较差；另一方面，软包材多数具有可压缩性。2004年，济南兰光公司成功开发出国内第一款超高精度的机械测厚仪CHY-C1，测试分辨率在0.1μm，如此高精度的机械测厚仪在国际上也是很罕见的，因此兰光CHY-C1测厚仪的推出在我国包装行业内引起了巨大的轰动。
4. 诸多因素影响厚度测试结果
软包装材料的特性常见的软包材主要是由聚合物和纸制品加工制造的。聚合物分为橡胶、纤维、和塑料三大类。橡胶的特性是在室温下弹性高，即在很小的外力作用下，能产生很大的形变；外力去除后能迅速恢复原状，弹性模数小，约为105～106N/m2。相反，纤维的弹性模数较大，约为109～1010N/m2，受力时形变较小。塑料的弹性模数约为107～108N/m2，部分形变是可逆的，也有一部分则是永久形变。这三类聚合物是很难严格划分的。例如聚氯乙稀是典型的塑料，但也可以抽成纤维，配入适量增塑剂可制成类似橡胶的软制品。通常纸张性质松软，有一定的压缩性，存在表面高低不平的情况。可见，聚合物和纸制品受力后都会产生形变，处于一种被压缩的状态，所以软包装材料一般都有一定的形变率，因此，在进行试样厚度测量时是否存在对试样测量面施加的压力将直接影响测试结果。
5. 总结
对于薄膜制造商而言，产品的厚度均匀性是最重要的指标之一，想要有效地控制材料厚度，厚度测试设备是必不可少的，但是具体要选择哪一类测厚设备还需根据软包材的种类、厂商对厚度均匀性的要求、以及设备的测试范围等因素而定。
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率 近代科学技术中对各种薄膜的研究和应用日益广泛。因此，能够更加迅速和精确地测量薄膜的光学参数例如厚度和折射率已变得非常迫切。 在实际工作中可以利用各种传统的方法来测定薄膜的光学参数，如布儒斯特角法测介质膜的折射率，干涉法测膜。另外，还有称重法、X 射线法、电容法、椭偏法等等。其中，椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。因为椭偏法具有测量精度高，灵敏度高，非破坏性等优点，已广泛用于各种薄膜的光学参数测量，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃（或镀膜）、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。 实验目的 了解椭圆偏振测量的基本原理，并掌握一些偏振光学实验技术。 实验原理 光是一种电磁波，是横波。电场强度E 、磁场强度H 和光的传播方向构成一个右旋的正交三矢族。光矢量存在着各种方位值。与光的强度、频率、位相等参量一样，偏振态也是光的基本量之一。 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n 1、n 2、n 3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉。 这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中222cos /dn δπφλ=，用r 1p 、 r 1s 表示光线的p 分量、s 分量在界面1、2间的反射系数， 用r 2p 、r 2s 表示光线的p 分量、s 分量在界面2、3间的反射系数。 由多光束干涉的复振幅计算可知： 2122121i p p rp ip i p p r r e E E r r e ?δ --+= + (1) 2122121i s s rs is i s s r r e E E r r e ? δ --+=+ (2) 其中E ip 和E is 分别代表入射光波电矢量的p 分量和s 分量，E rp 和E rs 分别代表反射光波电矢量的p 分量和s 分量。现将上述E ip 、E is 、E rp 、E rs 四个量写成一个量G ，即：
实验三干涉显微镜测量薄膜厚度 一、实验目的 1． 掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法； 2． 用干涉显微镜测量薄膜厚度。 二、实验说明 2.1 实验原理 把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图： 若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。条纹间的距离l ，随劈尖的夹角而变化，越小，l 越大。 在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长()，则干涉条纹移动一个条纹间距。故待测样品表面若存在局部不平, 结果会导致干涉条纹发生弯曲, 条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映, 只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。根据这一原理, 可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度. 设M 1、M 2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。若表面M 2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。沟槽的深度h 由式（4—1）决定。 （4—1） θθ2λe H h ?= 2λ 图 1 劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状
式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距。若用白光照明，e 是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离。这时λ取540nm （绿光λ=0.53μm=5300?）。若被测件的部分表面镀有厚度为h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e 和因镀膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。如图3所示。 2.26JA 型干涉显微镜的光学系统及构造 2.2.1 6JA 型干涉显微镜的光学系统 本实验用的是6JA 型干涉显微镜, 其光学系统如图1所示, 属于双光束干涉系统。光源1发出的光经聚光镜2投射到孔径光阑4平面上, 视场光阑5不在照明物镜6的前焦面上, 光经分光板7, 被分成两部分: 一部分反射, 另一部分透射. 被反射的光经物镜8射向标准反射镜M1, 再由M1 反射, 射向目镜14; 而从分光板上透射的光线通过补偿板9、物镜10射向工件表面M2, 再由M2反射, 射向目镜14. 在目镜分划板13上两束光产生干涉. 从目镜中可以观察到干涉条纹. 若样品表面平滑,则干涉条纹是平直的. 图五 6JA 型干涉显微镜构造 11a 5b 5a 105 131113 2 2a 2b 2c 14897a 44a 3 15 8 7 16 1b 1c 图4 6JA 型干涉显微镜光学系统 1-光源 2-聚光镜 3,11,15-反光镜 4-孔径光阑 5-视场光阑 6-照明物镜 7-分光板 8,10-物镜 9-补偿板 12-转向棱镜 13-分划板 14-目镜 16-摄影物镜
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 ZnO 薄膜的主要性质 于激子带边发射,绿光发射则与ZnO 表层中以O 空位为主的深能级有关。ZnO 在可见光波段的吸收和发射光谱可参见文献。 电学性质未掺杂ZnO 薄膜室温载流子浓度主要取决于充当浅施主的间隙Zn 原子浓度。ZnO 薄膜的p 型掺杂是个备受关注的课题。Y.R.Ryu 等人用PLD 法 在GaAs 衬底上掺杂As 制得p-ZnO,受主浓度为1017~1021cm-3,紧束缚带边发射峰分别在3.32 eV 和3.36 eV[17]。M. Joseph 等人在400℃下用PLD 法进行Ga、N 共掺杂实现p 型转变,以ZnO(ω(Ga2O3)=5%)为靶材,N2O 为N 源, 进行电子回旋共振活化,p-ZnO 室温电阻率为0.5 Ω-cm,受主浓度为4 乘以1019 cm-3。T.Aoki 用准分子激光掺杂技术获得p-ZnO。 ZnO 薄膜的电学特性与制备方法及后续工艺条件有直接的依赖关系。电子束 蒸发制备的Al 掺杂ZnO 薄膜的电子浓度在1019~1021cm-3,室温电阻率为10-4 Ω-cm。溅射法制备AZO 薄膜的电学特性与溅射功率有很大关系。溅射 功率越大,薄膜的质量越好,这主要是因为溅射功率的提高有助于薄膜缺陷的减少, 增大晶粒尺寸,晶界的散射作用减轻,增大了载流子的平均自由程,从而使迁移率增大,薄膜的薄层电阻降低。反应溅射过程中,氧分压太低,薄膜的缺陷密度较高;氧 分压太高,薄膜的电阻率上升很快,通常在1~2mPa 比较合适。同样掺杂情况 下,ZnO 的施主浓度和受主浓度低于GaN,并且ZnO 的杂质、点缺陷以及位错的 浓度也低于GaN。ZnO 主要有导带底以下30meV、60meV 和340meV 三个施主能级。间隙Zn 原子是主要的浅施主,Vo 是深能级施主。总之,在点缺陷和位错浓 度低的情况下,ZnO 薄膜有较好的电学性质。
电阻测量的六种方法 电阻的测量是恒定电路问题中的重点，也是学生学习中的难点。这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法，从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。 一．欧姆表测电阻 1、欧姆表的结构、原理 它的结构如图1,由三个部件组成：G是内阻为Rg、 满偏电流为Ig的电流计。R是可变电阻，也称调零电阻， 电池的电动势为E，内阻为r。 图1 欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。 当红、黑表笔接上待测电阻Rx时，由闭合电路欧姆定律可知： I = E/（R+Rg+Rx+r）= E/（R内+R X） 由电流的表达式可知：通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比，但存在一一对应的关系，即测出相应的电流，就可算出相应的电阻，这就是欧姆表测电阻的基本原理。 2．使用注意事项： （1）欧姆表的指针偏转角度越大，待测电阻阻值越小，所以它的刻度与电流表、电压表刻度正好相反，即左大右小；电流表、电压表刻度是均匀的，而欧姆表的刻度是不均匀的，左密右稀，这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。 （2）多用表上的红黑接线柱，表示＋、－两极。黑表笔接电池的正极，红表笔接电池的负极，电流总是从红笔流入，黑笔流出。 （3）测量电阻时，每一次换档都应该进行调零 （4）测量时，应使指针尽可能在满刻度的中央附近。（一般在中值刻度的1/3区域）
（5）测量时，被测电阻应和电源、其它的元件断开。 （6）测量时，不能用双手同时接触表笔，因为人体是一个电阻，使用完毕，将选择开关拨离欧姆档，一般旋至交流电压的最高档或OFF 档。 二．伏安法测电阻 1．原理：根据部分电路欧姆定律。 2．控制电路的选择 控制电路有两种：一种是限流电路（如图2）； 另一种是分压电路。（如图3） （1）限流电路是将电源和可变电阻串联，通过改变电阻的阻值，以达到改变电路的电流，但电流的改变是有一定范围的。其优点是节省能量；一般在两种控制电路都可以选择的时候，优先考虑限流电路。 （2）分压电路是将电源和可变电阻的总值串联起来，再从可变电阻的两个接线柱引出导线。如图3，其输出电压由ap 之间的电阻决定，这样其输出电压的范围可以从零开始变化到接近于电源的电动势。在下列三种情况下，一定要使用分压电路： ① 要求测量数值从零开始变化或在坐标图中画出图线。 ② 滑动变阻器的总值比待测电阻的阻值小得多。 ③ 电流表和电压表的量程比电路中的电压和电流小。 3．测量电路 由于伏特表、安培表存在电阻，所以测量电路有两种：即电流表内接和电流表外接。 （1）电流表内接和电流表外接的电路图分别见图4、图5 图 2 图3
第一章：薄膜种类及特性 一、PP（聚丙烯薄膜） 1、BOPP（双向拉伸聚丙烯薄膜） 特性如下： 1)BOPP薄膜无色、无嗅、无味、无毒、卫生性能好、密度在0.92g/cm2 。 2)BOPP薄膜刚性好，具有强韧性、透明度和光泽性。 3)BOPP薄膜拉伸强度高、抗冲击强度好、但抗撕裂强度低。因此，两端不能留任 何切口，否则在印刷复合时容易撕裂。 4)BOPP薄膜表面能低，涂胶或者印刷前需要进行电晕处理，有很好的印刷适应性， 但有一定期限，过期后表面能也不好。 5)BOPP薄膜耐热性高，使用温度可达120℃，是通用塑料中最耐温的。 6)BOPP薄膜化学稳定性好，除强酸对它有腐蚀作用外，不溶于其他溶剂。 7)BOPP薄膜阻水性极佳，是阻水防潮最佳材料之一，吸水率<0.01%，但阻氧率极 差。 8)BOPP薄膜也有不足，如积累静电，没有热封性等。在高速运转的的生产线上需 安装静电去除器。 2、消光BOPP 消光BOPP的表层设计为消光（粗化）层，是外观的质感试于纸张。消光BOPP 与BOPP薄膜相比有以下特点： 1)消光层有遮光作用，表面光泽度也就大大的减少。 2)必要时消光层可有热封性。 3)消光层滑爽性好，因表面粗化具有防粘性，膜卷不易粘结。 4)消光层的拉伸强度比通用的薄膜低。 二、CPP薄膜 CPP薄膜即流延聚丙烯薄膜，是一种无拉伸、非定向聚丙烯薄膜。按原料分为均聚CPP和共聚CPP，按作用分为通用CPP，镀铝(VMCPP），蒸煮CPP(RCPP)等。特性如下： 1)CPP薄膜透明度高、平整度高，但耐油性不是很好。
2)CPP薄膜耐温性好，但易变形，可具有热封性，不易反粘。 3)CPP薄膜手感好、遮光、具有一定挺刮度，不失柔韧性，热封性好。 4)CPP薄膜防湿防潮、阻氧性都很好。 5)CPP薄膜无毒、无味、无嗅、卫生性能好，密度在0.92g/cm2。 三、BOPET薄膜 双向拉伸聚酯薄膜（BOPET,简称聚酯）是PET树脂在模挤后再双向拉伸缩制得。特性如下： 1)突出的强韧性，抗拉强度非常高，拉伸强度时NY的3倍，抗冲击强度时BOPP 薄膜的3--5倍，有极好的耐磨性，耐折叠型，耐针孔性，抗撕裂性好，刚性好，挺性好，延展性好，印刷时易操作。 2)BOPET薄膜还具有良好的耐热性，耐煮性，耐低温冷冻，适用温度范围宽，尅在 -70℃～150℃之间长期使用。机械性能在低温和高温依然保持，适合大多数产品包装。 3)优良的阻氧阻水性能，不像NY受影响大，但是也不及聚乙烯和聚丙烯。透气系数 极小，对空气和气味的阻隔性极高，也是保香材料之一。 4)良好的耐油性和耐化学性，耐大多数溶剂，耐稀酸。 5)无色、无味、无嗅、卫生性能好 6)光学性好、透明度高、光泽性高、装饰性好 7)带静电高、印刷时需除静电 四、PE（聚乙烯薄膜） LDPE薄膜一般为LDPE吹塑膜，其基本特性： 1)LDPE薄膜密度较低，一般为0.915--0.925g/cm3，可浮于水上。 2)LDPE薄膜透明性好，有一定光泽。 3)LDPE薄膜机械强度较低，良好的柔软性延伸率高，表面硬度低。 4)LDPE薄膜耐低温，催化温度为70℃，低温有良好的冲击性。 5)LDPE薄膜吸水率低，防水防潮好，但透气性大，保香性差。 6)LDPE薄膜化学性良好，耐各种浓度的盐酸，50%以下的硫酸，40%以下的硝酸。 耐碱性好，60℃以下耐一般有机溶剂。
用多种方法测量直流电阻 一、实验目的 1、熟悉各种电学仪器及电路技巧; 2、掌握多种方法测量直流电阻 3、巩固不确定度的评定方法 二、仪器 DH6108赛电桥综合实验仪，直流稳压电源，万用电表，电阻箱，两个待测电阻，千分尺,直流电流表，直流电压表，滑线变阻器，检流计等 三、实验原理 电阻是电磁学实验工作中的常用元件，可分为高值电阻（兆欧以上）、中值电阻（10欧～兆欧）、低值电阻（10欧以下）。测量电阻的方法有许多种，常用的如伏安法、电桥法、比较测量方法(电压比等于电阻比)。 （一）伏安法测量电阻的原理（适用于测中值电阻） 1、实验线路的比较和选择 当电流表内阻为0，电压表内阻无穷大时，下述两种测试电路的测量不确定度是相同的。 图1 电流表外接测量电路 图2 电流表内接测量电路 被测电阻的阻值为： I V R = 。 但实际的电流表具有一定的内阻，记为R I ；电压表也具有一定的内阻，记为R V 。因为R I 和R V 的存在，如果简单地用I V R = 公式计算电阻器电阻值，必然带来附加测量误差。为了减少这种附加误差，测量电路可以粗略地按下述办法选择：
比较(R/R I )和(R V /R )的大小，比较时R 取粗测值或已知的约值。如果前者大则选电流表内接法，后者大则选择电流表外接法。 如果要得到测量准确值，就必须按下（1）、（2）两式，予以修正。 即电流表内接测量时，I R I V R -= （1） 电流表外接测量时， V R V I R 11-= （2） 2、测量误差与不确定度的评定 实验使用的电压表和电流表的量程和准确度等级一定时，可以估算出U V 、U I ，再用简化公式I R I V R -= 计算时的相对不确定度 （3） 式中U R 表示测量R 的不确定度，并非指R 的电压值。 可见要使测量的准确度高，应选择线路的参数使数字表的读数尽可能接近满量程，因为这时的V 、I 值大，U R ／R 就会小些。 当电压表、电流表的内阻值R V 、R I 及其不确定度大小U RI 、U RV 已知时，可用公式(1)、(2)更准确地求得R 的值，相对不确定度由下式求出： 电流表内接时： （4） 电流表外接时： （5） 这就知道由公式(1)、(2)来得到电阻值R 时，线路方案和参数的选择应使U R ／R 尽可能最小（选择原则3）。 （二）惠斯通电桥测量未知电阻的原理 （适用于测中值电阻） 现代计量中直流电桥正逐步被数字仪表所替代. 以往在电阻测量中电桥起了重要作用。 惠斯通电桥(Wheatstone ,s bridge )沿用了近二百年，1833年由克里斯泰(Cheistie )首先提出，后来以惠斯通名字命名. 电桥产生的背景是： 1)在数字仪表发展之前的时期，如果用伏安法测量电阻/R V I =，需要同时准确测量电压V 和电流I ，当时0.2级模拟式电表的制造成本与价格就已经显著高于准确度约0.05% 6位旋转式电阻箱. 2)伏安法测量的条件要求较高，如0.2级电表的使用与检定的条件要求较高，对电源 2 2?? ? ??+??? ??=I U V U R U I V R ?? ????-??? ?????? ??+??? ??+??? ??=I V R I V R R U I U V U R U I I I R I V R I /1/2222????? ?-???? ?????? ??+??? ??+??? ??=V V V R I V R R I V R I V R U I U V U R U V /1/222 2
第一部分软包装材料之---塑料薄膜基本知识 一、软包装之薄膜的定义 在国家包装通用术语（GB4122—83）中，软包装的定义为：软包装是指在充填或取出内装物后，容器形状可发生变化的包装。用纸、铝箔、纤维、塑料薄膜以及它们的复合物所制成的各种袋、盒、套、包封等均为软包装。 一般将厚度在0.25mm以下的片状塑料称为薄膜。塑料薄膜透明、柔韧，具有良好的耐水性、防潮性和阻气性、机械强度较好，化学性质稳定，耐油脂，易于印刷精美图文，可以热封制袋。它能满足各种物品的包装要求，是用于包装易存、易放的方便食品，生活用品，超级市场的小包装商品的理想材料。以塑料薄膜为主的软包装印刷在包装印刷中占有重要地位。据统计，从1980年以来，世界上一些先进国家的塑料包装占整个包装印刷的32.5%～44%。 一般来说，因为单一薄膜材料对内装物的保护性不够理想，所以多采用将两种以上的薄膜复合为一层的复合薄膜，以满足食品保鲜、无菌包装技术的要求。复合薄膜的外层材料多选用不易划伤、磨毛，光学性能优良，印刷性能良好的材科，如：纸、玻璃纸、拉伸聚丙烯、聚酯等；中间层是阻隔性聚合物，如：铝箔、蒸镀铝、聚俯二氮乙烯电里层材料多选用无毒、无味的聚乙烯等热塑性树脂。 二、塑料阻透性技术介绍 1、塑料的阻透性？ 塑料制品（容器、薄膜）对小分子气体、液体、水蒸汽及气味的屏蔽能力。 2、透过系数？ 塑料阻透能力大小的指标。 定义： 一定厚度（1mm）的塑料制品，在一定的压力（1Mpa），一定的温度（23度），一定的湿度（65%）下，单位时间（1day=24小时），单位面积（1m2），通过小分子物质（O2、CO2、H2O）的体积或重量。表示为（cm3）、（g） 对于气体： 单位为cm3，mm/m2，d，mpa； 对于液体： 单位为 g，mm/m2，d，mpa； 3、常用中高阻透性塑料的透过系数
（教）电阻的特殊测量的方法 （一）伏安法 1．原理：由欧姆定律推出R=U/I 2．电路图： 3．滑动变阻器的作用： （1）保护电路； （2）改变电路中的电压和电流，多次测量取平均值减小误差。 4．本实验中多次测量的目的是：把滑变的作用和多次的量的目的改成填空形式比较好，并且提出问题：对于小灯泡的电阻，能用此方法，多次测量取平均值吗？为什么？ 图1多次测量取平均值减小误差 图2测出小灯泡在不同情况（亮度）下的电阻。 （二）测电阻的几种特殊方法 一、安阻法：在用“伏安法测电阻”的实验中，如果电压表坏了，但又没有多余的电压表，手头却还有一只已知电阻R 0，此实验怎样继续进行？ 方法一：没有电压表，不能测电压。但有了定值电阻，可以用电流表和定值电阻组合起来，起到电压表的作用。但必须和R x 并联。（可以用电流表和定值电阻来代替电压表） 电路图： 步骤：如上图所示，先用电流表测R 0中的 电流，其示数为I 1，这时可求 出电源电压U ＝I 1R 0 ；再测R x 中的电流，其示数是I 2； 表达式R x =02 1R I I 方法二：上述方案中电流表要两次连接，能否只连接一次完成实验？ 电路图: 步骤：如上图所示，当开关S 1闭合时，电流表的示数为I 1；当开关S 2闭合 时，电流表示数是I 2 表达式R x =02 1R I I 方法三：能否用一只单刀单置开关？ 电路图: 步骤：如图所示。当开关S 断开时，电流表的示数为I 1；当S 闭合时,电流示数 是I 2， 表达式R x = 02 11R ΙΙI
方法四：能否将R 0 、Rx 串联起来测量？ 电路图： 步骤：如图所示，当开关S 闭合时，电流表的示数为I 1；当S 断开时， R 0和Rx 串联，电流表示数是I 2； 表达式R x =02 12R ΙΙI - 方法五：能否用一只滑动变阻器代替上题中的R 0 电路图: 步骤：如图所示，滑动变阻器的的最大值为R 0，当滑动变阻器的滑片在最左边时， 电流表的示数为I 1；当滑动变阻器的滑片在最右边时，电流表的示数为I 2 表达式R x =02 12R ΙΙI - 二、伏阻法：在用“伏安法测电阻”的实验中，如果电流表坏了，但又没有多余的电流表，手实却还有一只已知电阻R 0，此实验怎样继续进行？学生应该能够根据上一方法解决下面问题，所以可以让学生设计电路图（用电压表和定值电阻代替电流表） 方法一电流表，不能测电流。但有了定值电阻，可以用电压表和定值电阻组合起来，起到电流表的作用。但必须和R x 串联。 电路图： 步骤：如图所示，当开关S 闭合时，先用电压表测R 0两端的电压，其示数为 U 1；再用电压表测R x 两端的电压，其示数是U 2 表达式R x = 012R U U 方法二：能否只连接一次电路？ 电路图： 步骤：如图所示，R 0 与Rx 串联，当开关S 1闭合时，电压表测的是电源电 压，电压表的示数为U 1；当开关S 2时，电压表测的是R 0两端的电压，电压 表的示数为U 2； 表达式R x =02 21R U U U - 方法三：能否用一只单刀单置开关？ 电路图： 步骤：如图所示，当开关S 2闭合时，电压表示数为U 1 ；当S 2断开时，电 压表其示数为U 2 ； 表达式R x =02 21R U U U -
V A 图1 R X0 I I X I V U A Ｖ R X0 图２ I A I X0 I U U A U X0 电阻测量 一、伏——安法 伏安法是用一个电压表V和一个电流表A来测量电阻，其测量 原理：R X= U I 。实际测量中有电流表外接法和电流表 内接法两种电路。 设电压表V内阻为R V，电流表A内阻为R A，待测电阻 真实值为R X0，测量值为R X，通过R X0的电流为I。 测量时，电压表V的示数为U，电流表A的 示数为I。 1、电流表外接法：小外偏小 2、电流表内接法：大内偏大 3、伏安法测电阻的电路的改进 如图3、图4的两个测电阻的电路能够消除电表的内阻带来的误差， 为什么？怎样测量？ 二、测电阻的几种特殊方法 1.只用电压表，不用电流表 图3 图4
图6 方法一：伏——伏法----是用两个电压表（其中一个内阻已知，另 一个内阻未知）测量电压表的内阻。 测量电路如图5所示。 电路满足：R V1》R ，R V2》R 。 设电压表V 1内阻R V1未知，电压表V 2内阻 R V2已知；电压表V 1示数为U 1，电压表V 2示数 为U 2。由图5可得： R V1= 11V U I R V2=22 V U I 通过电压表V 1、V 2的电流为I V1=I V2 由以上三式得：R V1= 1 2 U U R V2 方法二：伏——伏——R 法(变式：伏——伏——R X 法) 伏——伏——R 法是用两个电压表（内阻均未知）和一个定值电阻R 0测量电压表的未知内阻。 测量电路如图6所示。 电路满足：R V1》R ，R V2》R ，R 0》R 。 设电压表V 1示数为U 1，电压表V 2示数为U 2，电压表V 2的量程电压大于 电压表V 1的量程电压。实验测量电压表V 1的内阻R V1。由图6可得： R V1= 1 1V U I R 0=00 R R U I 定值电阻R 0 两端电压：U R0=U 2—U 1 图5
东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名班级学号实验日期2014.9.5 批改教师 课程名称电子信息材料专业方向大型实验批改日期 实验名称台阶仪测试薄膜厚度实验报告成绩 一、实验目的： 掌握测试薄膜厚度原理和方法，了解台阶仪操作技术。 二、实验原理： LVDT是线性差动变压器的缩写，为机电转换器的一种。利用细探针扫描样品表面，当检测到一个高度差别则探针做上下起伏之变化，此变化在仪器内部的螺旋管先圈内造成磁通量的变化，再有内部电子电路转换成电压讯号，进而求出膜厚。LVDT线性位置感应器，可测量的位移量小到几万分之一英寸至几英寸。 LVDT的工作原理是由振荡器产生一高频的参考电磁场，并内建一支可动的铁磁主轴以及两组感应线圈，当主轴移动造成强度改变由感应线圈感应出两电压值，相比较后即可推算出移动量。三、实验步骤： （1）开机准备 （2）放置样品 （3）参数设置 （4）扫描结果分析 （5）数据保存 四、实验内容： Si基底上沉积金属Cr薄膜的厚度的测量 五、实验结果与分析： 样品：硅片上镀铬薄膜； 实验参数：长度1000μm；持续时间40s；针压力3mg；表面轮廓是Hills and Valleys.
由实验曲线及数据，可得薄膜厚度约为（868.8-617.0）=251.8μm。 六、思考题： 1、对于用台阶仪对非完美薄膜的厚度测量，Step Hight的M和R Cursor点 的选择？ 两个点分别选在图线中的拐点处，这样倾斜的曲线会水平，比较容易得到薄膜的厚度 2、怎么样才能得到一个比较shape的台阶？ 在制备时在衬底上覆盖一个形状规则比如长方形的陪片，且覆盖片要尽量薄，边缘应整齐，这样产生的台阶才会陡峭，方便测量
薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法 项目完成单位：国家建筑材料测试中心 项目完成人：刘元新 鲍亚楠 孙宏娟 王廷籍 摘 要 本文提出薄膜厚度和消光系数的标准曲线测量法，论述了方法的测量原理和测量程序。该法的膜厚的测量范围为~80nm 到2000nm ；膜厚的测量误差大约为13nm 。 关键词 薄膜、厚度、消光 自洁净玻璃的自洁净性能、低幅射玻璃的低幅射性能都与其膜层的厚度、折射率和消光系数有着密切的关系[1]。近代微电子学装置，如成像传感器、太阳能电池、薄膜器件等都需要这些参数[2] 。这些参数的数据是薄膜材料、薄膜器件设计的必不可少的基础性数据。 通常都是单独测量这些参数，薄膜厚度用原子力显微镜、石英震荡器、台阶仪、椭偏仪、干涉法来测量。薄膜折射率的测量就比较麻烦，因为它是波长的函数，它可以用基于干涉、反射原理的方法测量。从薄膜的吸收谱就可测量其消光系数。显然，取得这些数据是很麻烦、很费时、成本也很高，特别是对于纳米级薄膜。 2000年，美国Princeton 等大学提出[2] ，从物理角度建立透射光谱模型，调整模型中的未知的参数，即薄膜厚度、折射率、消光系数，使透射光谱的理论曲线同实验曲线重合，这就同时取得薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。他们用这种方法同时测量了“玻璃-薄膜” 系统的薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。显然，这是取得这些数据的简便、快速、低成本的方法，是这领域的一个发展趋势。 镀膜玻璃的透射光谱既包含玻璃参数的信息，也包含薄膜参数的信息，如果能从中解析出薄膜参数的信息，也就得到了薄膜参数的测量值，这就是透过光谱法测量薄膜参数的基本思路。本文基于这个基本思路提出测量薄膜参数的另一方法，姑且称为标准曲线法，方法的原理是基于这样的实验现象，即薄膜的吸收越强，镀膜玻璃的透过率越低；在薄膜吸收的光谱区内，薄膜越厚，镀膜玻璃的透过率也越低；这就是说，镀膜玻璃在指定波长处的透过率T 是薄膜厚度t 和薄膜消光系数 的函数， ),,(λκt T T = 但镀膜玻璃透过率和薄膜参数有什么函数关系？这就是本文要研究的问题。知道这函数关系之后，如何利用这函数关系测量薄膜参数？这也是本文要研究的问题。
测量电阻的四种巧法文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
测量电阻的四种巧法 一．等效替代法测电阻 【方法解读】等效替代法测电阻：测量某电阻(或电流表、电压表的内阻)时，用电阻箱替换待测电阻，若二者对电路所起的作用相同(如电流或电压相等)，则待测电阻与电阻箱是等效的。 1.电流等效替代 该方法的实验步骤如下： (1)按如图电路图连接好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P置于a端。 (2)闭合开关S 1、S 2 ，调节滑片P，使电流表指针指在适当的位置，记下此时 电流表的示数为I。 (3)断开开关S 2，再闭合开关S 3 ，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电 阻箱，使电流表的示数仍为I。 (4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻R x的阻值等效，即R x＝R0。 2．电压等效替代 该方法的实验步骤如下： (1)按如图电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P置于a端。 (2)闭合开关S 1、S 2 ，调节滑片P，使电压表指针指在适当的位置，记下此时 电压表的示数为U。 (3)断开S 2，再闭合S 3 ，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电阻箱使电 压表的示数仍为U。
(4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻R x的阻值等效，即R x＝R0。 【针对练习】1．某同学准备把量程为0～500 μA的电流表改装成一块量程为0～ V的电压表。他为了能够更精确地测量电流表的内阻，设计了如图甲所示的实验电路，图中各元件及仪表的参数如下： A．电流表G 1 (量程0～ mA，内电阻约100 Ω) B．电流表G 2 (量程0～500 μA，内电阻约200 Ω) C．电池组E(电动势 V，内电阻未知) D．滑动变阻器R(0～25 Ω) E．电阻箱R1(总阻值9 999 Ω) F．保护电阻R2(阻值约100 Ω) G．单刀单掷开关S 1，单刀双掷开关S 2 (1)实验中该同学先合上开关S 1，再将开关S 2 与a相连，调节滑动变阻器 R，当电流表G2有某一合理的示数时，记下电流表G1的示数I；然后将开关S2与b相连，保持________不变，调节________，使电流表G1的示数仍为I时，读取 电阻箱的读数r。 (2)由上述测量过程可知，电流表G 2 内阻的测量值r g＝________。 (3)若该同学通过测量得到电流表G 2 的内阻为190 Ω，他必须将一个 ________kΩ的电阻与电流表G 2 串联，才能改装为一块量程为 V的电压表。 (4)该同学把改装的电压表与标准电压表V 进行了核对，发现当改装的电压 表的指针刚好指向满刻度时，标准电压表V 的指针恰好如图乙所示。由此可知，该改装电压表的误差为________%。 解析：(1)当电流表G 2有某一合理的示数时，记下电流表G 1 的示数I；然后 将开关S 2 与b相连，保持滑动变阻器R阻值不变，调节R1，使电流表G1的示数仍
物理实验报告 实验名称：椭偏仪测折射率和薄膜厚度 学院：xx 学院专业班级：xxx 学号：xxx 学生姓名：xxx 实验成绩 预习题（一空一分，共10 分） 1.（单选题）起偏器和检偏器的刻度范围为多少？（B） A.0 ° ~180° B.0 ° ~360° 2.（单选题）黑色反光镜在仪器调整中起什么作用？
实验预习题成绩： （B） A. 确定起偏器的方位 B. 确定检偏器的方位 C.确定波片的方位 3.（单选题）在椭偏仪实验中坐标系是选在待测薄膜的（B）上。 A 入射面 B 表面 4.（单选题）椭偏仪的数据处理方法有三种，即查图法、查表 法、迭代法解非线性超越方程，本实验中使用（B） A 查图法 B 查表法 5.（填空题））调整椭偏仪光路的步骤是，首先使激光光线与分光计仪器主轴垂直，并通过载物台中心，然后确定（C）的0 刻度位置，这要利用（A）的布鲁斯特角特性，然后再确定（B）0 刻度位置，最后调整1/4 波片，使其快轴与（C）成± 45° 选择答案： A 黑色反光镜 B 检偏器 C 起偏器
6.（填空题）将起偏器套在平行光管上，使0°位置朝上，从载物台上取下黑色反射镜，将检偏器管转到共轴位置，整体调节起偏器使检流计（A），固定起偏器螺钉。此时起偏器与检偏器通光方向（C）。选择答案： A 光强最小 B 光强最大 C 平行 D 垂直
原始数据记录 成绩： 1/4 玻片起偏器角度检偏器角度+45°（＞ 90°）103.4 91.7 +45°（＜ 90°）21.2 51.6 -45 °（＞ 90°）106.5 98.6 -45 °（＜ 90°）21.2 51.6 薄膜厚度： 110.0000 折射率： 1.4800
薄膜厚度的测量 ——台阶仪安装操作说明 一、台阶仪的安装 1、硬件的安装 1）打开电脑机箱盖，将台阶仪自带的电视卡插入PCI扩展槽，插好后将电脑机箱盖合上; 2)接上台阶仪电源线，将台阶仪上的USB线和视频线与电脑箱连接； 2、软件的安装 1）打开电脑机箱和显示器，将台阶仪自带的光盘插入电脑光驱； 2）将光盘上所有的内容都复制到电脑C盘根目录下； 3）安装光盘中的两个驱动程序，安装完成后重启计算机; 4）计算机重启后将拷入C盘中的注册表文件导入，导入成功后将台阶仪操作软件图标发送到桌面； 二、台阶仪的操作 1、台阶仪的标定 1）打开电脑机箱和显示器，打开台阶仪电源，等待10秒后将电脑桌面上的操作软件打开，几秒后自动弹出两个对话框，点击确认后进入操作界面； 2）拿出标定用的标准样品，拿出样品后立即合上盒盖，防止灰尘进入；
3）打开台阶仪保护盖，将标准样品贴紧样品台滑到台中央； 4）调节样品台位置，使标样在探针正下方； 5）点击操作软件上的“Setup”按键，设置扫描参数，将Speed设置为0.07mm/sec，Length设置为0.6mm，Range设置为10microns，Stylus Force设置为1mg，Filter Level设置为4，点击OK进行确认； 6）点击Engage，观察标准样品与探针所处的位置，如果样品台阶中央不在探针下方，点击Z+将探针升高，通过调节样品台使标准样品处于探针的正下方，合上保护盖，点击Engage，继续观察标准样品与探针的位置，如此反复操作，直到标准样品的台阶在探针的正下方；7）点击Scan，并点击确认扫描对话框，台阶仪自动进行扫描，扫描结束后，探针自动复位，测出的数据会自动弹出来； 8）用鼠标引动R,M光标，（R为参照光标，M为测量光标）到台阶的两侧，点击Level Date将台阶的曲线调平； 9）在曲线图窗口中点击鼠标右键，选择Size Cursors，将R,M光标线进行展开到适合宽度，然后点击鼠标右键将M光标移动到台阶上，窗口的右上角就会显示出台阶的平均高度； 10）重复7-9的步骤，反复测量几次，带测量数据稳定后，在曲线图窗口点击右键，选择Calibrate Height，在弹出的对话框中填写1063?，点击确定； 11）重复7-9的步骤，将测量出的台阶数据和标准样品给出的数据对比，一般来说只有几个?的差别； 12）台阶仪标定完成；
测量电阻的四种方法 测量电阻实验，能够检验学生对基本电学仪器的使用、对电学基本规律的掌握，还能够培养学生的发散思维能力和创新意识。 【问题】同学们要测量电阻R x的阻值(其阻值约几百欧)，实验室能提供的器材有：干电池两节、电流表、电压表、滑动变阻器(“100Ω、2A”)、开关各一只、导线若干。 （1）某同学设计的实验电路如图1所示，并要用此电路测量待测电阻R x的阻值，你认为这个方法是否可行？简述你的观点。 （2）如果上述方法可行，画出电路图，并写出主要实验步骤和R x表达式．如果上述方法不可行，请你利用题中已有的器材设计出一种可行的实验方案。画出电路图，并写出主要实验步骤和R x表达式。 分析：“伏安法”是测量未知电阻的基本方法，用电流表测出通过电阻的电流I，用电压表测出电阻两端的电压U，再利用R=U/I就可以计算出电阻的阻值。从图1看出，这就是“伏安法”测量电阻的典型电路图。不过，你要认为它能测量待测电阻R x的阻值，好像还为时过早。因为题目告诉我们电阻R x的阻值约几百欧，而电源电压最大只有3V。你可以估算一下电路中的电流，也就是零点零几安，与图中电流表的最小分度值大致相当。换句话说，用电流表是无法准确测出电路中的电流的。所以，无法用这种方法测量电阻的阻值。 那么如何利用题中已有的器材测量出R x呢？只有在实验原理上想办法。既然电流表无法正常使用，那么用电压表和滑动变阻器能否测出R x？当然能。方法是让滑动变阻器的阻值一次为零，一次最大（100Ω），分别记下电压表的读数，再利用串联电路中的规律即可计算出R x的阻值。这样看来，利用图1也能测出R x，只是不用关心电流表了。所以题目第一问回答“可行”、“不可行”都对，关键是理由不同。 答案：方案一：（1）不可行。因为按此电路用“伏安法”测量未知电阻时，电路中的电流太小，电流表无法准确测出电路中的电流。 （2）按图2连接好电路，将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，记下电压表的示数U1；再把滑片移到阻值为零处，记下电压表的示数U2（即电源电压）。 根据 方案二：（1）可行。按此图实验时，可以不用管电流表示数，通过电压表和滑动变阻器就能测出R x。
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率 □实验背景介绍 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 □实验原理 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1) 图(1-1) 这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中δ=2πdn2cosφ2/λ ，用r1p、r1s 表示光线的p分量、s分量在界面1、2间的反射系数，用r2p 、r2s表示光线的p分、s分量在界面2、3间的反射系数。由多光束干涉的复振幅计算可知：其中Eip和Eis 分别代表入射光波电矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。现将上述Eip、Eis 、Erp、Ers四个量写成一个量G，即： 我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出： G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2 、φ3可用φ1表示) ，即ψ=tg-1f，Δ=arg| f |，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程： [tgψe iΔ]的实数部分= 的实数部分 [tgψe iΔ]的虚数部分= 的虚数部分 若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d (n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系： 由上式经计算机运算，可制作数表或计算程序。这就是椭偏仪测量薄膜的基本原理。若d是已知，n2为复数的话，也可求出n2的实部和虚部。那么，在实验中是如何测定ψ和Δ的呢？现用复数形式表示入射光和反射光：
262 薄膜厚度和消光系数的透射光谱测量方法 项目完成单位：国家建筑材料测试中心 项目完成人：刘元新 鲍亚楠 孙宏娟 王廷籍 摘 要 本文提出薄膜厚度和消光系数的标准曲线测量法，论述了方法的测量原理和测量程序。该法的膜厚的测量范围为~80nm 到2000nm ；膜厚的测量误差大约为±13nm 。 关键词 薄膜、厚度、消光 自洁净玻璃的自洁净性能、低幅射玻璃的低幅射性能都与其膜层的厚度、折射率和消光系数有着密切的关系[1]。近代微电子学装置，如成像传感器、太阳能电池、薄膜器件等都需要这些参数[2] 。这些参数的数据是薄膜材料、薄膜器件设计的必不可少的基础性数据。 通常都是单独测量这些参数，薄膜厚度用原子力显微镜、石英震荡器、台阶仪、椭偏仪、干涉法来测量。薄膜折射率的测量就比较麻烦，因为它是波长的函数，它可以用基于干涉、反射原理的方法测量。从薄膜的吸收谱就可测量其消光系数。显然，取得这些数据是很麻烦、很费时、成本也很高，特别是对于纳米级薄膜。 2000年，美国Princeton 等大学提出[2] ，从物理角度建立透射光谱模型，调整模型中的未知的参数，即薄膜厚度、折射率、消光系数，使透射光谱的理论曲线同实验曲线重合，这就同时取得薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。他们用这种方法同时测量了“玻璃-薄膜” 系统的薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。显然，这是取得这些数据的简便、快速、低成本的方法，是这领域的一个发展趋势。 镀膜玻璃的透射光谱既包含玻璃参数的信息，也包含薄膜参数的信息，如果能从中解析出薄膜参数的信息，也就得到了薄膜参数的测量值，这就是透过光谱法测量薄膜参数的基本思路。本文基于这个基本思路提出测量薄膜参数的另一方法，姑且称为标准曲线法，方法的原理是基于这样的实验现象，即薄膜的吸收越强，镀膜玻璃的透过率越低；在薄膜吸收的光谱区内，薄膜越厚，镀膜玻璃的透过率也越低；这就是说，镀膜玻璃在指定波长λ处的透过率T 是薄膜厚度t 和薄膜消光系数κ的函数， ),,(λκt T T = 但镀膜玻璃透过率和薄膜参数有什么函数关系？这就是本文要研究的问题。知道这函数关系之后，如何利用这函数关系测量薄膜参数？这也是本文要研究的问题。
测量电阻的四种巧法 一．等效替代法测电阻 【方法解读】等效替代法测电阻：测量某电阻(或电流表、电压表的内阻)时，用电阻箱替换待测电阻，若二者对电路所起的作用相同(如电流或电压相等)，则待测电阻与电阻箱是等效的。 1.电流等效替代 该方法的实验步骤如下： (1)按如图电路图连接好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P 置于a端。 (2)闭合开关S1、S2，调节滑片P，使电流表指针指在适当的位置，记下此时电流表的示数为I。 (3)断开开关S2，再闭合开关S3，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I。 (4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻R x的阻值等效，即R x＝R0。 2．电压等效替代 该方法的实验步骤如下： (1)按如图电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P置于a端。 (2)闭合开关S1、S2，调节滑片P，使电压表指针指在适当的位置，记下此时电压表的示数为U。 (3)断开S2，再闭合S3，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电阻箱使电压表的示数仍为U。 (4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻R x的阻值等效，即R x＝R0。 【针对练习】1．某同学准备把量程为0～500 μA的电流表改装成一块量程为0～2.0 V 的电压表。他为了能够更精确地测量电流表的内阻，设计了如图甲所示的实验电路，图中各元件及仪表的参数如下：
A ．电流表G 1(量程0～1.0 mA ，内电阻约100 Ω) B ．电流表G 2(量程0～500 μA ，内电阻约200 Ω) C ．电池组E (电动势3.0 V ，内电阻未知) D ．滑动变阻器R (0～25 Ω) E ．电阻箱R 1(总阻值9 999 Ω) F ．保护电阻R 2(阻值约100 Ω) G ．单刀单掷开关S 1，单刀双掷开关S 2 (1)实验中该同学先合上开关S 1，再将开关S 2与a 相连，调节滑动变阻器R ，当电流表G 2有某一合理的示数时，记下电流表G 1的示数I ；然后将开关S 2与b 相连，保持________不变，调节________，使电流表G 1的示数仍为I 时，读取电阻箱的读数r 。 (2)由上述测量过程可知，电流表G 2内阻的测量值r g ＝________。 (3)若该同学通过测量得到电流表G 2的内阻为190 Ω，他必须将一个________kΩ的电阻与电流表G 2串联，才能改装为一块量程为2.0 V 的电压表。 (4)该同学把改装的电压表与标准电压表V 0进行了核对，发现当改装的电压表的指针刚好指向满刻度时，标准电压表V 0的指针恰好如图乙所示。由此可知，该改装电压表的误差为________%。 解析：(1)当电流表G 2有某一合理的示数时，记下电流表G 1的示数I ；然后将开关S 2与b 相连，保持滑动变阻器R 阻值不变，调节R 1，使电流表G 1的示数仍为I 时，读取电阻箱的读数r 。 (2)电流表G 2的内阻与电阻箱的阻值相同，为r 。 (3)将电流表改装成电压表要串联电阻分压，串联的阻值为R ＝U Ig －r g ＝3.81 kΩ。 (4)由题图乙可得，标准电压表V 0的示数为1.90 V ，由此可知，该改装电压表的误差为2.0－1.901.90 ×100%≈5.26%。 答案：(1)滑动变阻器R 阻值 R 1 (2)r (3)3.81 (4)5.26 2.某同学现利用图甲所示的电路来测量一电阻R x 的阻值。 (1)完成下列实验步骤中的填空：