CN113311074B

CN113311074B - 一种薄膜杨氏模量的确定方法、装置及系统

Info

Publication number: CN113311074B
Application number: CN202110454246.6A
Authority: CN
Inventors: 李辉; 孟胜伟
Original assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Current assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2041-04-26
Also published as: CN113311074A

Abstract

本申请实施例提供一种薄膜杨氏模量的确定方法、装置及系统，其中，所述方法包括：获取声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系和待测薄膜的声波传播信号谱；在所述声波传播信号谱中，确定出目标峰值位置；根据所述参考线性关系和所述目标峰值位置下的目标声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的实际声速值；通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量。

Description

一种薄膜杨氏模量的确定方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及半导体测试领域，涉及但不限于一种薄膜杨氏模量的确定方法、装置及系统。

背景技术

杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量，是金属材料的一个比较关键的表征参数。三维闪存存储器(3D NAND)随着堆叠层数越来越多，应力(Stress)和弯曲度(Bow)也随之增加，在3D NAND的制程中随着应力的释放和弯曲度的降低，可能会导致金属线的断裂，因此，金属的杨氏模量是一个很重要的监控参数。

现有技术中是通过测量金属探针的位移量来计算金属材料的杨氏模量的，这种方式探针会接触材料表面，会污染并且破坏材料；且这种方式不能实现对金属材料杨氏模量的实时监控，测量方式精度不高。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种薄膜杨氏模量的确定方法、装置及系统。

本申请的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种薄膜杨氏模量的确定方法，包括：

获取声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系和待测薄膜的声波传播信号谱；

在所述声波传播信号谱中，确定出目标峰值位置；

根据所述参考线性关系和所述目标峰值位置下的目标声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的实际声速值；

通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量。

在一些实施例中，所述获取声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系，包括：

获取参考薄膜组中的每一参考薄膜的参考厚度，其中，所述参考薄膜组至少包括三个所述参考薄膜；

获取每一所述参考薄膜的参考声波传播信号谱；

通过所述参考声波传播信号谱，确定声波在每一所述参考薄膜中的传输时间；

通过多个所述传输时间以及与每一所述传输时间对应的所述参考薄膜的参考厚度，确定声波在每一所述参考薄膜中的参考声速值；

通过所述多个参考声速值和多个所述参考声波传播信号谱，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系。

在一些实施例中，所述通过所述多个参考声速值和多个所述参考声波传播信号谱，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系，包括：

确定每一所述参考声波传播信号谱中参考峰值位置下的参考声波脉冲参数；

将每一所述参考薄膜中的所述参考声速值与对应参考薄膜的所述参考声波传播信号谱中的所述参考声波脉冲参数，确定为一个参数对；

根据至少三个所述参数对，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系。

在一些实施例中，所述目标峰值位置包括：最强峰值位置和次强峰值位置；所述声波脉冲参数包括所述最强峰值位置下的第一声波脉冲参数和所述次强峰值位置下的第二声波脉冲参数；

所述通过所述参考线性关系和所述目标峰值位置下的目标声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的实际声速值，包括：

在所述参考线性关系下，通过所述第一声波脉冲参数和所述第二声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的所述实际声速值。

在一些实施例中，所述第一声波脉冲参数包括：第一信号强度和所述第一信号强度的呈现时间；所述第二声波脉冲参数包括：第二信号强度和所述第二信号强度的呈现时间；

所述在所述参考线性关系下，通过所述第一声波脉冲参数和所述第二声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的所述实际声速值，包括：

确定所述第一信号强度与所述第一信号强度的呈现时间之间的第一比值；

确定所述第二信号强度与所述第二信号强度的呈现时间之间的第二比值；

将所述第一比值和所述第二比值作为所述预设线性关系的自变量进行线性计算，得到与所述自变量对应的因变量；

将所述因变量确定为声波在所述待测薄膜中传播的所述实际声速值。

在一些实施例中，所述通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量，包括：

将所述实际声速值的平方与所述密度之间的乘积，确定为所述待测薄膜的杨氏模量。

在一些实施例中，获取所述待测薄膜的声波传播信号谱，包括：

采用飞秒超短脉冲激光测量系统，测量得到所述待测薄膜的声波传播信号谱，其中，所述飞秒超短脉冲激光测量系统至少包括：飞秒激光器、光束分离器、光路延迟装置和探测装置。

在一些实施例中，所述采用飞秒超短脉冲激光测量系统，测量得到所述待测薄膜的声波传播信号谱，包括：

通过所述光束分离器将所述飞秒激光器产生的飞秒脉冲光分为泵浦光和探测光；

采用所述泵浦光轰击所述待测薄膜，以使得所述待测薄膜在声波的作用下产生扰动信号；

通过所述光路延迟装置延迟后的所述探测光捕捉所述扰动信号，得到所述待测薄膜的声波传输信号；

通过探测装置采集所述声波传输信号，以获得所述待测薄膜的所述声波传播信号谱。

在一些实施例中，其特征在于，所述待测薄膜包括：金属薄膜、金属化合物薄膜或者具有预设厚度的半透明薄膜，其中，所述预设厚度大于2微米。

在一些实施例中，所述待测薄膜包括：碳膜、氮化钛薄膜或者铜铝合金薄膜。

第二方面，本申请实施例提供一种薄膜杨氏模量的确定装置，包括：

获取模块，用于获取声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系和待测薄膜的声波传播信号谱；

峰值位置确定模块，用于在所述声波传播信号谱中，确定出目标峰值位置；

声速确定模块，用于根据所述参考线性关系和所述目标峰值位置下的目标声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的实际声速值；

杨氏模量确定模块，用于通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量。

第三方面，本申请实施例提供一种薄膜杨氏模量的确定系统，包括存储器和处理器；

所述存储器用于存储可执行指令；所述处理器用于执行所述存储器中存储的可执行指令时，实现上述薄膜杨氏模量的确定方法。

本申请实施例提供的薄膜杨氏模量的确定方法、装置及系统，其中，方法包括：获取声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系和待测薄膜的声波传播信号谱，在声波传播信号谱中，确定出目标峰值位置；根据参考线性关系和目标峰值位置下的目标声波脉冲参数，确定声波在待测薄膜中传播的实际声速值，由于可以通过实际声速值和待测薄膜中材料的密度，确定待测薄膜的杨氏模量，如此，可以在不污染待测薄膜的基础上高效地实现对薄膜杨氏模量的精确测量，并可以实现实时输出薄膜的杨氏模量值，为薄膜的形成过程提供工艺监控。

附图说明

在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。

图1为本申请实施例提供的薄膜杨氏模量的确定方法的一个可选的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的参考声波传播信号谱的一个可选的谱图；

图3为本申请实施例提供的飞秒超短脉冲激光测量系统的光路图；

图4为本申请实施例提供的飞秒超短脉冲激光测量系统的测量原理图；

图5为本申请实施例提供的待测薄膜的声波传播信号谱图；

图6为本申请实施例提供的薄膜杨氏模量的确定装置的一种可选的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”或“单元”可以混合地使用。

杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量，是金属材料的一个比较关键的表征参数。目前半导体制程中只会测量金属膜的厚度电阻率，而对金属薄膜的杨氏模量没有监控手段。然而，对于3D NAND器件，随着堆叠层数越来越多，应力和弯曲度随之增加。在3D NAND器件的制程中随着应力的释放和弯曲度的降低，可能会导致金属线的断裂，所以半导体制程中金属的杨氏模量是一个很重要的监控参数。

相关技术中是使用探针压金属材料，通过测量金属探针的位移量来计算金属材料的杨氏模量，这种测量方式下，探针会接触材料表面，会污染并且破坏材料；且这种方式不能实现实时监控材料的杨氏模量，测量方式精度不高。

基于相关技术中的存在的上述问题，本申请实施例提供一种薄膜杨氏模量的确定方法及装置，能够在不污染薄膜的基础上高效地实现对薄膜杨氏模量的测量，并可以实现实时输出杨氏模量值，为薄膜的形成过程提供工艺监控。

图1为本申请实施例提供的薄膜杨氏模量的确定方法的一个可选的流程示意图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S101、获取声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系和待测薄膜的声波传播信号谱。

这里，所述参考线性关系为参考薄膜的声速值与声波脉冲参数所满足的线性关系，其中，所述参考薄膜的声速值为声波在参考膜中传播的速度。

本申请实施例中，所述参考薄膜为预先通过聚焦离子束(Focused Ion Beam，FIB)制备的厚度已知的薄膜。所述待测薄膜包括任意一种金属膜或金属化合物薄膜。

在一些实施例中，所述获取声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系，包括以下步骤：

步骤S1011、获取参考薄膜组中的每一参考薄膜的参考厚度，其中，所述参考薄膜组至少包括三个所述参考薄膜。

这里，所述参考薄膜组中的每一参考薄膜具有相同或不同的参考厚度，且所述参考薄膜组中的每一参考薄膜的材料相同或不同。

步骤S1012、获取每一所述参考薄膜的参考声波传播信号谱。

本申请实施例中，采用飞秒超短脉冲激光测量系统，对每一参考膜薄膜进行测量，得到每一参考薄膜对应的参考声波传播信号谱。图2为本申请实施例提供的参考声波传播信号谱的一个可选的谱图，如图2所示，声波在所述参考薄膜中传播时，强度会逐渐减弱，直至消失。

步骤S1013、通过所述参考声波传播信号谱，确定声波在每一所述参考薄膜中的传输时间。

请继续参见图2，参考声波传播信号谱中的每一波形的峰值位置代表声波传输至参考薄膜的表面，例如，图2中的位置A、位置B和位置C均代表声波传输至参考薄膜的表面时的位置，因此，位置A对应的时间P_a至位置B对应的时间P_b为声波在参考薄膜中传输一个来回所用的时间，位置B对应的时间P_b至位置C对应的时间P_c也为声波在待测薄膜中传输一个来回所用的时间，那么，(P_b-P_a)/2或者(P_c-P_b)/2即为声波在参考薄膜中单趟传输的时间。这里，对应于同一参考声波传播信号谱，(P_b-P_a)/2与(P_c-P_b)/2是相等的，且对应于每一参考薄膜均可获得对应的声波传输时间。

步骤S1014、通过多个所述传输时间以及与每一所述传输时间对应的所述参考薄膜的参考厚度，确定声波在每一所述参考薄膜中的参考声速值。

这里，在参考薄膜的参考厚度和声波在参考薄膜中的传输时间已知的情况下，可以通过下述公式(1)计算声波在每一参考薄膜中传输的参考声速值：

其中，Thickness为参考薄膜的厚度，V为声波在参考薄膜中的参考声速值，P1为声波到达参考薄膜表面的时间。P2为声波下一次到达参考薄膜表面的时间，通过声波两次到达参考薄膜表面的时间即可确定出声波在参考薄膜中传输时间。本申请实施例中，将每一参考声波传播信号谱中位置A和位置B对应的时间P_a和P_b带入上述公式(1)中，可以计算出声波在至少三个参考薄膜中传输的参考声速值，或者，将每一参考声波传播信号谱中位置B和位置C对应的时间P_b和P_c带入上述公式(1)中，可以计算出声波在至少三个参考薄膜中传输的参考声速值。

步骤S1015、通过所述多个参考声速值和多个所述参考声波传播信号谱，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系。

这里，由于可以通过每一参考薄膜对应的参考声波传播信号谱确定对应的声波脉冲参数，如此，在参考声速值和声波脉冲参数已知的情况下，即可确定出参考薄膜的声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系。

在一些实施例中，所述通过所述多个参考声速值和多个所述参考声波传播信号谱，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系，包括以下步骤：

步骤S10、确定每一所述参考声波传播信号谱中参考峰值位置下的参考声波脉冲参数。

所述参考峰值位置为每一参考声波信号谱中的最强峰位置和次强峰位置，请继续参见图2，例如，所述参考峰值位置为图2中参考声波传播信号谱中位置A和位置B。所述参考声波脉冲参数包括每一参考峰值位置下峰的信号强度参数以及每一参考峰值位置出现的时间参数，例如，图2中的参考声波传播信号谱的参考声波脉冲参数包括最强峰值位置A下的峰的信号强度参数H_a以及最强峰值位置A出现的时间参数P_a、次强峰值位置B下的峰的信号强度参数H_b以及次强峰值位置B出现的时间参数P_b。

步骤S11、将每一所述参考薄膜中的所述参考声速值与对应参考薄膜的所述参考声波传播信号谱中的所述参考声波脉冲参数，确定为一个参数对。

步骤S12、根据至少三个所述参数对，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系。

这里，所述参数对是为了实现将每一参考薄膜中的参考声速值与对应参考薄膜的参考声波传播信号谱中的参考声波脉冲参数对应起来，以便于后续根据参考声速值和与参考声速值对应的参考声波脉冲参数确定所述参考线性关系。

本申请实施例中，当确定出参考声速值和与参考声速值对应的参考声波脉冲参数后，可以通过下述公式(2)确定所述参考线性关系：

其中，H1为参考声波传播信号谱中最强峰值位置下的峰的信号强度，P1为与H1对应的声波到达参考薄膜表面的时间；H2为参考声波传播信号谱中次强峰值位置下的峰的信号强度，P2为与H2对应的声波到达参考薄膜表面的时间；V为声波在参考薄膜中的参考声速值，a、b、c为参考声速值与参考声波参数所满足的参考线性关系。本申请实施例中，将通过公式(1)确定出来的三个参考声速值，以及从每一参考薄膜对应的参考声波传播信号谱确定出来的H_a、P_a、H_b、P_b代入上述公式(2)中，即可计算出常数a、b、c。

本申请实施例中，通过至少三个厚度已知的参考薄膜及其对应的参考声波信号谱，可以准确地确定出声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系。

在一些实施例中，所述获取待测薄膜的声波传播信号谱，包括以下步骤：

步骤S1016、采用飞秒超短脉冲激光测量系统，测量所述待测薄膜的声波传播信号谱。

图3为本申请实施例提供的飞秒超短脉冲激光测量系统的光路图，如图3所示，所述飞秒超短脉冲激光测量系统10至少包括：飞秒激光器101、光束分离器102、光路延迟装置103、分光镜104和探测装置105。所述飞秒超短脉冲激光测量系统10用于产生飞秒脉冲光(即超短脉冲)，通过飞秒脉冲光轰击待测薄膜106的表面，引起待测薄膜震动，震动以声波的形式在待测薄膜里面传播，当声波到达待测薄膜的底面之后返弹，待反弹后的声波达到待测薄膜的表面时再次引起震动，使得待测薄膜产生形变，到达待测薄膜表面的声波再次反弹到待测薄膜的内部进行传播，如此循环，直到声波信号消失。

在一些实施例中，所述采用飞秒超短脉冲激光测量系统，测量所述待测薄膜的声波传播信号谱，包括：

步骤S13、通过所述光束分离器将所述飞秒激光器产生的飞秒脉冲光分为泵浦光和探测光。

步骤S14、采用所述泵浦光轰击所述待测薄膜，以使得所述待测薄膜在声波的作用下产生扰动信号。

步骤S15、通过所述光路延迟装置延迟后的所述探测光捕捉所述扰动信号，得到所述待测薄膜的声波传输信号。

步骤S16、通过探测装置采集所述声波传输信号，以获得所述待测薄膜的所述声波传播信号谱。

继续参照图3，本申请实施例中，通过飞秒超短脉冲激光测量系统10的飞秒激光器101产生飞秒脉冲光，并通过光束分离器102将飞秒脉冲光分为泵浦光1021和探测光1022；将泵浦光1021经过反光镜1反射后轰击待测薄膜106的表面，以使得待测薄膜106处于激发态，激发态的待测薄膜106在声波的作用下产生扰动信号。探测光1022用于探测扰动信号，然而，由于声波在待测薄膜中的传输需要时间，所以，探测光1022通常会先达到待测薄膜的表面，此时，声波还未返回至待测薄膜的表面，探测光1022无法探测到扰动信号，因此，本申请实施例中，采用延迟装置103对探测光的1022的传输过程进行控制，使得探测光1022到达待测薄膜表面时刚好能够捕捉到扰动信号。如图3所示，所述延迟装置包括一滑动杆1031，反光镜2与滑动杆1031滑动连接，且反光镜2可沿图3中示出的方向F滑动，当反光镜2沿计时起点向下滑动0.15mm时，延迟装置103可实现对探测光1022进行1psec的延迟。这里，通过光路延迟装置103延迟后的探测光捕捉所述扰动信号，得到待测薄膜的声波传输信号；通过探测装置105采集所述声波传输信号，获得待测薄膜的声波传播信号谱。

如图4为本申请实施例提供的飞秒超短脉冲激光测量系统的测量原理图，假设待测薄膜为金属薄膜，金属薄膜形成于硅(Si)衬底上，通过探测激光束探测金属膜的扰动信号，并通过反射率探测器收集反射的扰动信号。如图4所示，声波在金属薄膜中的传播轨迹为A₀、A₁、A₂、A₃、A₄、A₅和A，其中，当声波传播至A₄位置时，刚到达到了金属薄膜的底面，由于反弹作用，声波会改变传输方向，向金属薄膜的表面传播，直至位置A时，声波会到金属薄膜的表面，此时，探测光1022在延迟装置103的延迟作用下刚好能够捕捉到声波震动带来的扰动信号，对应形成一个波形A'，如此，随着声波在薄膜中不断的传播，会形成持续衰减的多个波形，通过所述多个波形生成金属薄膜的声波传播信号谱。

在一些实施例中，声波在金属薄膜里面传播，强度会逐渐衰减，直到消失，衰减速率和金属膜的厚度、密度等参数相关。

步骤S102、在所述声波传播信号谱中，确定出目标峰值位置。

本申请实施例中，所述目标峰值位置包括：最强峰值位置和次强峰值位置；所述最强峰值位置为待测薄膜的声波传播信号谱中最强峰对应的位置，所述次强峰值位置为待测薄膜的声波传播信号谱中的次强峰对应的位置。

在一些实施例中，所述在所述声波传播信号谱中，确定出目标峰值位置，包括：将所述声波传播信号谱中的最强峰值位置和次强峰值位置，确定为目标峰值位置。

图5为本申请实施例提供的待测薄膜的声波传播信号谱图，如图5所示，所述待测薄膜的声波传播信号谱图中的最强峰值位置为E位置，次强峰值位置为F位置，将图5中的E位置和F位置确定为目标峰值位置。

步骤S103、根据所述参考线性关系和所述目标峰值位置下的目标声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的实际声速值。

所述目标声波脉冲参数为所述声波传播信号谱中目标峰值位置对应的峰的信号强度参数和时间参数。本申请实施例中，所述声波脉冲参数包括所述最强峰值位置下的第一声波脉冲参数和所述次强峰值位置下的第二声波脉冲参数。

在一些实施例中，所述通过所述参考线性关系和所述目标峰值位置下的目标声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的实际声速值，包括以下步骤：

步骤S2021、在所述参考线性关系下，通过所述第一声波脉冲参数和所述第二声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的所述实际声速值。

请继续参见图5，这里，所述第一声波脉冲参数包括：第一信号强度H1和所述第一信号强度的呈现时间P1；所述第二声波脉冲参数包括：第二信号强度H2和所述第二信号强度的呈现时间P2。

所述在所述参考线性关系下，通过所述第一声波脉冲参数和所述第二声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的所述实际声速值，包括以下步骤：

步骤S20、确定所述第一信号强度与所述第一信号强度的呈现时间之间的第一比值。

步骤S21、确定所述第二信号强度与所述第二信号强度的呈现时间之间的第二比值。

步骤S22、将所述第一比值和所述第二比值作为所述预设线性关系的自变量进行线性计算，得到与所述自变量对应的因变量。

步骤S23、将所述因变量确定为声波在所述待测薄膜中传播的所述实际声速值。

本申请实施例中，将第一信号强度H1与第一信号强度的呈现时间P1之间的第一比值H1/P1和第二信号强度H2与第二信号强度的呈现时间P2之间的第二比值H2/P2带入上述公式(2)中，即可得到声波在待测薄膜中传播的实际声速值V。这里，通过公式(2)得到的实际声速值是待测薄膜整个厚度下的平均值，可以代表薄膜材料的基本性质。

步骤S104、通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量。

在一些实施例中，所述通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量，包括以下步骤：将所述实际声速值的平方与所述密度之间的乘积，确定为所述待测薄膜的杨氏模量。

本申请实施例中，在声波在待测薄膜中传播的实际声速值和待测薄膜中材料的密度已知的情况下，通过下述公式(3)，可以计算得到待测薄膜的杨氏模量：

Young's＝ρV² (3)

其中，Young's为待测薄膜的杨氏模量，ρ为待测薄膜中材料的密度，V为声波在待测薄膜中传播的实际声速值。

在一些实施例中，所述待测薄膜包括：金属薄膜或者金属化合物薄膜，例如，碳膜、氮化钛薄膜或者铜铝合金薄膜。

在其它实施例中，所述待测薄膜还包括具有预设厚度的半透明薄膜，其中，所述预设厚度大于2微米。

另外，通过本申请实施提供的公式(3)，在金属薄膜、半透明厚膜和金属化合物薄膜等材料的杨氏模量确定时，还可以用来测量金属薄膜、半透明厚膜和金属化合物薄膜等材料的平均密度。

本申请实施例中，采用飞秒超短脉冲激光器产生超声波实现对金属膜声速和厚度的测量，利用金属材料的密度常数来计算材料的杨氏模量，测量过程和结果不受薄膜性质变化的影响、测量模块使用超短脉冲激光，使用寿命长达6年，稳定输出、测量程式无需复杂的模型，通过找峰值位置即可得到厚度和声速的数值、测量不受环境温度影响，温度变化±2度以内测量结果不会有变化，且可以实时输出薄膜的杨氏模量值，为薄膜的生长过程提供有效监控。

本申请实施例提供了一种薄膜杨氏模量的确定装置，图6为本申请实施例提供的薄膜杨氏模量的确定装置的一种可选的结构示意图，如图6所示，所述薄膜杨氏模量的确定装置60包括：获取模块601、峰值位置确定模块602、声速确定模块603和杨氏模量确定模块604。

所述获取模块601，用于获取声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系和待测薄膜的声波传播信号谱。

所述峰值位置确定模块602，用于在所述声波传播信号谱中，确定出目标峰值位置。

所述声速确定模块603，用于在所述声波传播信号谱中，确定出目标峰值位置；并根据所述参考线性关系和所述目标峰值位置下的目标声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的实际声速值。

所述杨氏模量确定模块604，用于通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量。

在一些实施例中，所述获取模块601还用于，获取参考薄膜组中的每一参考薄膜的参考厚度，其中，所述参考薄膜组至少包括三个所述参考薄膜；获取每一所述参考薄膜的参考声波传播信号谱；通过所述参考声波传播信号谱，确定声波在每一所述参考薄膜中的传输时间；通过多个所述传输时间以及与每一所述传输时间对应的所述参考薄膜的参考厚度，确定声波在每一所述参考薄膜中的参考声速值；通过所述多个参考声速值和多个所述参考声波传播信号谱，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系。

在一些实施例中，所述获取模块601，还用于确定每一所述参考声波传播信号谱中参考峰值位置下的参考声波脉冲参数；将每一所述参考薄膜中的所述参考声速值与对应参考薄膜的所述参考声波传播信号谱中的所述参考声波脉冲参数，确定为一个参数对；根据至少三个所述参数对，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系。

在一些实施例中，所述目标峰值位置包括：最强峰值位置和次强峰值位置；所述声波脉冲参数包括所述最强峰值位置下的第一声波脉冲参数和所述次强峰值位置下的第二声波脉冲参数；所述声速确定模块603，还用于在所述参考线性关系下，通过所述第一声波脉冲参数和所述第二声波脉冲参数，确定声波在所述待测薄膜中传播的所述实际声速值。

在一些实施例中，所述第一声波脉冲参数包括：第一信号强度和所述第一信号强度的呈现时间；所述第二声波脉冲参数包括：第二信号强度和所述第二信号强度的呈现时间；所述声速确定模块603，还用于确定所述第一信号强度与所述第一信号强度的呈现时间之间的第一比值；确定所述第二信号强度与所述第二信号强度的呈现时间之间的第二比值；将所述第一比值和所述第二比值作为所述预设线性关系的自变量进行线性计算，得到与所述自变量对应的因变量；将所述因变量确定为声波在所述待测薄膜中传播的所述实际声速值。

在一些实施例中，所述杨氏模量确定模块604，还用于将所述实际声速值的平方与所述密度之间的乘积，确定为所述待测薄膜的杨氏模量。

在一些实施例中，所述获取模块601，还用于采用飞秒超短脉冲激光测量系统，测量得到所述待测薄膜的声波传播信号谱，其中，所述飞秒超短脉冲激光测量系统至少包括：飞秒激光器、光束分离器、光路延迟装置和探测装置。

在一些实施例中，所述获取模块601，还用于通过所述光束分离器将所述飞秒激光器产生的飞秒脉冲光分为泵浦光和探测光；采用所述泵浦光轰击所述待测薄膜，以使得所述待测薄膜在声波的作用下产生扰动信号；通过所述光路延迟装置延迟后的所述探测光捕捉所述扰动信号，得到所述待测薄膜的声波传输信号；通过探测装置采集所述声波传输信号，以获得所述待测薄膜的所述声波传播信号谱。

在一些实施例中，所述待测薄膜包括：金属薄膜、金属化合物薄膜或者具有预设厚度的半透明薄膜，其中，所述预设厚度大于2微米。

本申请实施例提供的薄膜杨氏模量的确定装置与上述实施例中的薄膜杨氏模量的确定方法类似，对于本申请实施例未详尽披露的技术特征，请参照上述实施例进行理解，这里不再赘述。

除此之外，本申请实施例还提供一种薄膜杨氏模量的确定系统，包括：存储器和处理器；所述存储器用于存储可执行指令；所述处理器用于执行所述存储器中存储的可执行指令时，实现上述实施例提供的薄膜杨氏模量的确定方法。

本申请实施例中，所述存储器和所述处理器作为硬件设备集成在所述薄膜杨氏模量的确定系统中，以实现对薄膜的杨氏模量进行测量。

本申请实施例提供的薄膜杨氏模量的确定系统与上述实施例中的薄膜杨氏模量的确定方法类似，对于本申请实施例未详尽披露的技术特征，请参照上述实施例进行理解，这里不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过非目标的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

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。

Claims

1.一种薄膜杨氏模量的确定方法，其特征在于，所述方法包括：

在所述声波传播信号谱中，确定出目标峰值位置；

通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量；

其中，所述声波脉冲参数包括信号强度和信号强度的呈现时间；

所述参考线性关系包括：V＝a(H₁/P₁)+b(H₂/P₂)+c，所述V为声波在薄膜中的声速值，所述H₁为声波传播信号谱中最强峰位置下的信号强度，所述P₁为所述H₁对应的声波的呈现时间，所述H₂为声波传播信号谱中次强峰位置下的信号强度，所述P₂为所述H₂对应的声波的呈现时间，所述a、b、c为常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取声速值与声波脉冲参数之间的参考线性关系，包括：

获取每一所述参考薄膜的参考声波传播信号谱；

通过多个所述参考声速值和多个所述参考声波传播信号谱，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过所述多个参考声速值和多个所述参考声波传播信号谱，确定所述声速值与所述声波脉冲参数之间的所述参考线性关系，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标峰值位置包括：最强峰值位置和次强峰值位置；所述声波脉冲参数包括所述最强峰值位置下的第一声波脉冲参数和所述次强峰值位置下的第二声波脉冲参数；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一声波脉冲参数包括：第一信号强度和所述第一信号强度的呈现时间；所述第二声波脉冲参数包括：第二信号强度和所述第二信号强度的呈现时间；

将所述第一比值和所述第二比值作为所述参考线性关系的自变量进行线性计算，得到与所述自变量对应的因变量；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述待测薄膜的声波传播信号谱，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用飞秒超短脉冲激光测量系统，测量得到所述待测薄膜的声波传播信号谱，包括：

9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，所述待测薄膜包括：金属薄膜、金属化合物薄膜或者具有预设厚度的半透明薄膜，其中，所述预设厚度大于2微米。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测薄膜包括：碳膜、氮化钛薄膜或者铜铝合金薄膜。

11.一种薄膜杨氏模量的确定装置，其特征在于，包括：

杨氏模量确定模块，用于通过所述实际声速值和所述待测薄膜中材料的密度，确定所述待测薄膜的杨氏模量；

所述参考线性关系包括：V＝a(H1/P1)+b(H2/P2)+c，所述V为声波在薄膜中的声速值，所述H1为声波传播信号谱中最强峰位置下的信号强度，所述P1为所述H1对应的声波的呈现时间，所述H2为声波传播信号谱中次强峰位置下的信号强度，所述P2为所述H2对应的声波的呈现时间，所述a、b、c为常数。

12.一种薄膜杨氏模量的确定系统，其特征在于，包括存储器和处理器；

所述存储器用于存储可执行指令；所述处理器用于执行所述存储器中存储的可执行指令时，实现权利要求1至10任一项所述的薄膜杨氏模量的确定方法。