ellipsometer详解.ppt

原理 在入射波波长，入射角，环境介质和衬底的折射率确定的条件下，和只是薄膜厚度和折射率的函数，只要测量出和，原则上应能解出和。然而，从上述各式中却无法解析出和的具体形式。因此，只能先按以上各式用电子计算机计算出在入射波波长，入射角，环境介质和衬底的折射率一定的条件下的关系图表，待测出某一薄膜的和后再从图表上查出相应的和的值。 测量样品的和的方法主要有光度法和消光法。我们主要介绍用椭偏消光法确定和的基本原理。设入射光束和反射光束电矢量的p分量和s分量分别为， 则有 （2）使反射光束成为线偏振光，也就是令反射光两分量的位相差为0或 满足上述两个条件时，有 原理 图1是本实验装置的示意图。在图中的坐标系中，轴和轴均在入射面内且分别与入射光束或反射光束的传播方向垂直，而和轴则垂直于入射面。起偏器和检偏器的透光轴和与轴或轴的夹角分别为P和A。 下面将会看到，只需让波片的快轴与轴的夹角为 便可以在波片后面得到所需的满足条件 的特殊椭圆偏振入射光束。 图2中的代表经方位角为P的起偏器出射的线偏振光。当它投射到快轴与轴的夹角为 的 波片时，将在波片的快轴和慢轴上分解为 通过 波片后， 将比 超前 ，于是在 波片后应该有 把这两个分量分别在x轴及y轴上投影并再合成为 和 ，便得到 可见， 和 也就是即将投射到待测样品表面的入射光束的p分量和s分量，即 显然，入射光束已经成为满足条件 的特殊椭圆偏振光，其分量的位相差为 由图3可以看出，当检偏器的透光轴 与合成的反射线偏振光束的电矢量 垂直时，即反射光在检偏器后消光时，应该有 * * * 许迪迪 S201502007 电控 椭圆偏光仪 椭圆偏振测厚技术是一种测量纳米级薄膜厚度和薄膜折射率的先进技术，同时也是研究固体表面特性的重要工具。椭圆偏振法测量的基本思路是，起偏器产生的线偏振光经取向一定的波片后成为特殊的椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被待测样品表面反射出来的将是线偏振光。根据偏振光在反射前后的偏振状态变化（包括振幅和相位的变化），便可以确定样品表面的许多光学特性。 设待测样品是均匀涂镀在衬底上的厚度为、折射率为的透明各向同性的膜层。光的电矢量分解为两个分量，即在入射面内的p分量及垂直于入射面的s分量。入射光在薄膜两个界面上会有多次的反射和折射，，总反射光束将是许多反射光束干涉的结果。利用多光束干涉的理论，得p分量和s分量的总反射系数 原理 其中 是相邻两反射光束之间的相位差，而为光在真空中的波长。光束在反射前后的偏振状态的变化可以用总反射系数比来表征。在椭圆偏振法中，用椭偏参量和；来描述反射系数比，其定义为： 为了使和成为比较容易测量的物理量，应该设法满足下面的两个条件： （1）使入射光束满足 其 中分别使入射光束和反射光束的p分量和s分量的位相。 探测器 检偏器 样品 x f y 1/4波片 y t 起偏器 x 单色光束 图1实验装置示意图 图2 1/4波片快轴的取向 S f P X Y 图3 检偏器透光轴的取向 A 这样，由式（7）可得 可以约定，在坐标系 中只在第一及第四象限内取值。下面分别讨论 的情况。 （1）. 此时的 记为 ，合成的反射线偏振光的在第二及第四象限里，于是A在第一象限并计为 。由式（14）可得到 （2） . 此时的P记为 ，合成的反射线偏振光的 在第一及第三象限里，于是A在第四象限并计为 。由式（14）可得到 从式（15）和（16）可得到 和 的关系为 因此，在图1的装置中只要使 波片的快轴f与x轴的夹角为 ，然后测出检偏器后消光时起、检偏器方位角 或 ，便可按式（15）或(16)求出 ，从而完成总反射系数比的测量。在借助已经算好的 的关系图表，即可查出待测薄膜的厚度d和折射率n。 四 实验装置 本实