橢偏儀的工作原理是什么？橢偏儀在各工業的應用有哪些？

發布時間：2023-05-26 10:38:05

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來源:中國機械網

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橢偏儀的工作原理是什么?

橢偏儀的結構及光路，橢偏光在樣品表面上的反射、折射、多光束干涉過程，介質表面作用會引起前后偏振態(橢偏參數 ψ振幅比和 Δ相位差)變化，通過獲得材料的光學常數和結構信息。

偏振光波通過介質時與介質發生相互作用，這種相互作用將改變光波的偏振態，測出這種偏振態的變化，進而進行分析擬合，得出我們想要的信息。

用薄膜的橢圓函數ρ表示薄膜反射線形成橢圓偏振光的特性，即

式中:tanψ表示反射光的兩個偏振分量的振幅系數之比，ψ稱偏振角;rp表示反射光在P平面的偏振分量;rs表示反射光在S平面的偏振分量。

rp和rs的數學表達式可以用Maxwell方程在不同材料邊界上的電磁輻射推到得到。

其中?0是入射角，?1是折射角。入射角為入射光束和待研究表面法線的夾角。通常橢偏儀的入射角范圍是45°到90°。這樣在探測材料屬性時可以提供最佳的靈敏度。每層介質的折射率可以用下面的復函數表示：

通常n稱為折射率，k稱為消光系數。這兩個系數用來描述入射光如何與材料相互作用。它們被稱為光學常數。實際上，盡管這個值是隨著波長、溫度等參數變化而變化的。當待測樣品周圍介質是空氣或真空的時候，N0的值通常取1.000。

通常橢偏儀測量作為波長和入射角函數的ρ的值(經常以ψ和?或相關的量表示)。一次測量完成以后，所得的數據用來分析得到光學常數，膜層厚度，以及其他感興趣的參數值。如下圖所示，分析的過程包含很多步驟。

可以用一個模型(model)來描述測量的樣品，這個模型包含了每個材料的多個平面，包括基底。在測量的光譜范圍內，用厚度和光學常數(n和k)來描述每一個層，對未知的參數先做一個初始假定。橢偏儀數據處理模型的建立是至關重要的一步 ,如果不能建立一個與參數匹配良好的模型，前面的測試就毫無意義，甚至如果建立一個錯誤的模型 ,其結果將與真實值南轅北轍。

橢偏儀在各工業的應用有哪些?

1、可用于實驗室研究，教學，在線制程監控，工業品質控制等應用。

2、半導體行業：硅的氧化物和氮化物，高和低k介質、多晶和非晶硅薄膜，光刻膠。

3、光學涂覆工業：高、低折射率薄膜如SiO2，TiO2，Ta2O5，MgF2，等。4、顯示行業：導電層(如ITO)，非晶硅薄膜、有機薄膜(OLED技術)。5、數據存儲產業：類金剛石薄膜。6、R&D工序：薄膜沉積的原位表征(速率和光學常數)對應工藝條件的變化值，適用于MBE、MOCVD、ALD、濺射等。7、化學和生物：亞-單層材料吸附液體中的細胞實驗檢測。8、工業：在線監測和控制薄膜的厚度。