在OLED顯示器中的多層超薄膜疊加結(jié)構(gòu)的橢偏測量應(yīng)用中，需要同時(shí)提取多層超薄膜堆棧各層薄膜厚度值，而膜層與膜層間的厚度也會(huì)有強(qiáng)耦合性會(huì)導(dǎo)致測量的不確定性增加。某些膜層對總體測量數(shù)據(jù)的靈敏度也極低，導(dǎo)致部分膜層厚度測量結(jié)果偏離真實(shí)值。對此本文構(gòu)建了一套針對超薄膜橢偏測量靈敏度和性評估模型，應(yīng)用于超薄膜待測參數(shù)高精度的提取，并結(jié)合在測量供應(yīng)商費(fèi)曼儀器提供的Flexfilm全光譜橢偏儀驗(yàn)證該方法可以用于測量OLED中多層超薄膜結(jié)構(gòu)的膜厚。

超薄膜待測參數(shù)提取評估模型

薄膜待測參數(shù)提取的評估模型流程圖

根據(jù)橢偏測量原理以及數(shù)據(jù)分析方法，引入了待測參數(shù)的結(jié)果性分析理論，并基于靈敏度分析方法研究了橢偏測量納米薄膜待測參數(shù)與測量光譜之間的誤差傳遞關(guān)系，進(jìn)一步推導(dǎo)出輸入?yún)?shù)傳遞到輸出參數(shù)的不確定度、相關(guān)系數(shù)的理論分析算法。以薄膜輸出參數(shù)的不確定度、相關(guān)度以及分析為評價(jià)指標(biāo)，建立超薄膜待測參數(shù)高精度提取的評估方法與模型。

多層薄膜厚度仿真分析

仿真橢偏光譜

橢偏測量的OLED多層膜系結(jié)構(gòu)

OLED 中多層膜系結(jié)構(gòu)的仿真光譜

在仿真 OLED 成品的橢偏模型時(shí)可將 Ag 作為基底，建立的無 PDL 發(fā)光區(qū)樣品（藍(lán)光）的偏數(shù)據(jù)分析的結(jié)構(gòu)模型，其中仿真的波長為 380-1000nm，入射角設(shè)置為 65°，假定該測量配置下的測量隨機(jī)噪聲為σ = 0.005，各層薄膜初始值設(shè)置為工藝設(shè)計(jì)值，膜厚不均勻性為0.5%，光譜帶寬為5nm，各層材料的折射率選取現(xiàn)有值。

多層薄膜厚度的不確定度仿真分析

為了確定各個(gè)層薄膜厚度提取的準(zhǔn)確性，需要先固定各層薄膜材料的光學(xué)常數(shù)，將各層薄膜厚度的初始值全部放開進(jìn)行擬合，根據(jù)橢偏測量原理以及薄膜待測參數(shù)的不確定計(jì)算模型關(guān)于各層薄膜擬合的不確定分析結(jié)果。

OLED 各層薄膜不確定度分析結(jié)果

不確定度分析結(jié)果

根據(jù)橢偏數(shù)據(jù)分析結(jié)果的不確定性評估標(biāo)準(zhǔn)，不確定度越高，表明該層薄膜厚度對橢偏光譜的靈敏度越低，相應(yīng)膜厚測量精度也就越低。

在光譜范圍 380-1000nm，光譜帶寬 5nm，樣品厚度不均勻性0.5%的仿真條件下，（1） Mg Ag 陰極層厚度滿足高精度測量的要求；（2）層 SiN、IJP、第二層 SiN、CPL、ITO 層則為具備待定精度測量要求的測量值，測量精度由高到低 1st SiN> IJP>2nd SiN>ITO>CPL；（3）其他層 ETL、HBL、EMB、HTL、HIL、BF為測量精度的測量值。

多層薄膜厚度的仿真分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述仿真結(jié)果的可靠性，針對 OLED 中各層薄膜擬合結(jié)果，同時(shí)進(jìn)行厚度分析。以各層厚度擬合值為中心，在厚度±0.5nm 范圍內(nèi)，以 0.1nm 為步長，擬合分析其 MSE 差異。分析層厚度引入的 MSE 差異越大，表明該層厚度對橢偏光譜靈敏度越高，則越具備測量的可能性。

OLED 各層薄膜厚度分析結(jié)果

上述仿真結(jié)論說明了基于靈敏度分析方法的薄膜參數(shù)高精度的提取評價(jià)模型可以用于評估 OLED 樣件的各膜層厚度的不同測量精度區(qū)域，且在提取 OLED 中各膜層厚度值時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際測量精度要求，固定不確定度大的膜層厚度，抑或僅放開其中一到兩層，優(yōu)化了膜厚的提取策略。

 OLED多層薄膜厚度提取

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該方法對關(guān)鍵膜層厚度的測量精度的提高，將對封裝的 OLED 樣件做進(jìn)一

步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在進(jìn)行橢偏數(shù)據(jù)分析時(shí)，將先前得到的各膜層光學(xué)常數(shù)固定，僅針對各膜層厚度進(jìn)行分析。使用的入射波長范圍為 380-1000nm，入射角定為 65°，同時(shí)考慮實(shí)際樣品的厚度不均勻性以及表面粗糙度。

處將膜層 HBL、EMG、G-Prime、HTL、HIL 厚度分別固定在其名義值，同時(shí)放開其他膜層厚度值。將測量光譜與模型建立的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配擬合，最終得到的橢偏光譜擬合結(jié)果。

OLED 樣件的橢偏光譜擬合結(jié)果

固定膜層前后的各膜層厚度不確定度對比結(jié)果

綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，將不確定度大的膜層厚度先固定，進(jìn)而提取其他膜層的厚度值的策略應(yīng)用于實(shí)際測量 OLED 中多層薄膜結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析中是可行的，并且得到的各膜層厚度的不確定度均有不同程度的下降，測量精度有了明顯的提高。

本論文提出的一種針對超薄膜待測參數(shù)的高精度提取評估方法與模型可以應(yīng)用于評估多層納米薄膜結(jié)構(gòu)的各膜層厚度是否滿足測量精度要求以及優(yōu)化膜厚的高精度提取策略，進(jìn)而提升關(guān)鍵膜層的測量精度。并通過橢偏儀對封裝的 OLED 樣件做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步驗(yàn)證了評價(jià)模型是可以應(yīng)用于多層薄膜納米結(jié)構(gòu)的各膜層厚度高精度提取，并提升了關(guān)鍵膜層的測量精度。

Flexfilm全光譜橢偏儀

全光譜橢偏儀擁有高靈敏度探測單元和光譜橢偏儀分析軟件，專門用于測量和分析光伏領(lǐng)域中單層或多層納米薄膜的層構(gòu)參數(shù)（如厚度）和物理參數(shù)（如折射率n、消光系數(shù)k）

的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測量技術(shù)：無測量死角問題。

粗糙絨面納米薄膜的高靈敏測量：的光能量增強(qiáng)技術(shù)，高信噪比的探測技術(shù)。

秒級(jí)的全光譜測量速度：全光譜測量典型5-10秒。
原子層量級(jí)的檢測靈敏度：測量精度可達(dá)0.05nm。

費(fèi)曼儀器具備全流程薄膜測量技術(shù)，Flexfilm全光譜橢偏儀以其秒級(jí)的全光譜測量速度和原子層量級(jí)的檢測靈敏度，可以對OLED多層超薄膜中的各膜層厚度進(jìn)行高精度提取。

原文參考：《基于靈敏度分析的超薄膜光譜橢偏測量參數(shù)提取應(yīng)用研究》