橢偏儀的工作原理是什么?

橢偏儀的結(jié)構(gòu)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(zhì)表面作用會(huì)引起前后偏振態(tài)(橢偏參數(shù) ψ振幅比和 Δ相位差)變化，通過獲得材料的光學(xué)常數(shù)和結(jié)構(gòu)信息。

偏振光波通過介質(zhì)時(shí)與介質(zhì)發(fā)生相互作用，這種相互作用將改變光波的偏振態(tài)，測出這種偏振態(tài)的變化，進(jìn)而進(jìn)行分析擬合，得出我們想要的信息。

用薄膜的橢圓函數(shù)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(gè)偏振分量的振幅系數(shù)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(shù)學(xué)表達(dá)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(shí)可以提供最佳的靈敏度。每層介質(zhì)的折射率可以用下面的復(fù)函數(shù)表示：

通常n稱為折射率，k稱為消光系數(shù)。這兩個(gè)系數(shù)用來描述入射光如何與材料相互作用。它們被稱為光學(xué)常數(shù)。實(shí)際上，盡管這個(gè)值是隨著波長、溫度等參數(shù)變化而變化的。當(dāng)待測樣品周圍介質(zhì)是空氣或真空的時(shí)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(shù)的ρ的值(經(jīng)常以ψ和?或相關(guān)的量表示)。一次測量完成以后，所得的數(shù)據(jù)用來分析得到光學(xué)常數(shù)，膜層厚度，以及其他感興趣的參數(shù)值。如下圖所示，分析的過程包含很多步驟。

可以用一個(gè)模型(model)來描述測量的樣品，這個(gè)模型包含了每個(gè)材料的多個(gè)平面，包括基底。在測量的光譜范圍內(nèi)，用厚度和光學(xué)常數(shù)(n和k)來描述每一個(gè)層，對(duì)未知的參數(shù)先做一個(gè)初始假定。橢偏儀數(shù)據(jù)處理模型的建立是至關(guān)重要的一步 ,如果不能建立一個(gè)與參數(shù)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(gè)錯(cuò)誤的模型 ,其結(jié)果將與真實(shí)值南轅北轍。

橢偏儀在各工業(yè)的應(yīng)用有哪些?

1、可用于實(shí)驗(yàn)室研究，教學(xué)，在線制程監(jiān)控，工業(yè)品質(zhì)控制等應(yīng)用。

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

3、光學(xué)涂覆工業(yè)：高、低折射率薄膜如SiO2，TiO2，Ta2O5，MgF2，等。4、顯示行業(yè)：導(dǎo)電層(如ITO)，非晶硅薄膜、有機(jī)薄膜(OLED技術(shù))。5、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)：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(xué)常數(shù))對(duì)應(yīng)工藝條件的變化值，適用于MBE、MOCVD、ALD、濺射等。7、化學(xué)和生物：亞-單層材料吸附液體中的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)檢測。8、工業(yè)：在線監(jiān)測和控制薄膜的厚度。

標(biāo)簽： 橢偏儀的工作原理 橢偏儀在各工業(yè)的應(yīng)

　　 原標(biāo)題：橢偏儀的工作原理是什么？橢偏儀在各工業(yè)的應(yīng)用有哪些？