橢圓偏振儀講稿1

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1、橢圓偏振儀金承鈺上海交通大學分析測試中心（上海市華山路1954號，中國上海，200030）工作原理入射光入射任何介質(zhì)Transmission=IT/IOReflection=IR/IO橢圓偏振測量術(shù)是研究兩媒質(zhì)間界面或薄膜中發(fā)生的現(xiàn)象及其特性的一種光學方法，基于利用偏振光束在界面和薄膜上反射或透射時出現(xiàn)的偏振態(tài)的變化。S-P坐標系中電磁波的電場分量描述Erprp0EipErs=0rs=Eis則有rp=Erp/Eip，rs=Ers/Eis設(shè)入射電場分量與坐標軸成45o則Eip=Eistan(ψ)ejΔ=rp/rs=ρ(N0,N1,N2,d1,φ0,

2、λ)=Erp/Ers，其中tan(ψ)為電場反射分量的振幅比，Δ為兩者的相位差?；窘Y(jié)構(gòu)橢圓偏振儀是一種偏振態(tài)探測設(shè)備，橢偏儀假設(shè)被探測光線為100%偏振光（線偏振、圓偏振或橢圓偏振）。一般結(jié)構(gòu)為：光源→起偏器→樣品→檢偏器→探測器儀器類型“零”偏振型偏振調(diào)制型回轉(zhuǎn)元件型：回轉(zhuǎn)起偏、回轉(zhuǎn)檢偏RPE特點單色儀置于起偏器之后，可抑制環(huán)境光的影響，但存在光源殘余偏振造成的數(shù)據(jù)誤差，且旋轉(zhuǎn)起偏器可能造成光束在樣品上移動。RAE特點可消除光源殘余偏振造成的任何誤差，但需系統(tǒng)在暗室中工作。典型的橢圓偏振儀的操作和數(shù)據(jù)處理過程PowerUp→Verify→Al

3、ignment→Calibration→AcquireData→Analysis(Model→Fit→Results)最小均方差模型擬合Cauchy色散關(guān)系模型Herzinger-JohsTM參數(shù)LorentzDrudeGaussianHarmonicTauc-Lorentz色散關(guān)系-諧振子等模型Urbach吸收模型橢圓偏振儀的局限性模型的任意性，變量之間的相關(guān)性，數(shù)據(jù)分析過程有時會很復雜，最終結(jié)果取決于分析人員的判斷。變角度光譜橢圓偏振儀型號：W-VASEwithAutoRetarderTM生產(chǎn)廠家：美國J.A.Woollam公司性能指標：光譜

4、范圍：240-1100nm連續(xù)可調(diào)光譜分辨率：0.5nm光束直徑：1mm光束發(fā)散角：0.05o測量速度：每個波長1-2s重復性：ψ+/-0.015o，Δ+/-0.08o(與測量條件有關(guān))入射角：20-90oC連續(xù)可調(diào)，重復性優(yōu)于0.005oX-Y移動臺：150mm×150mm主要附件配置：光譜擴展系統(tǒng)：UV—200nm，NIR—1700nm。聚焦系統(tǒng)：光斑可達直徑200μm或更小(400-100nm)。自動相位補償器：實現(xiàn)0-360o范圍內(nèi)準確測量Δ。固定角度垂直樣品架液體樣品池主要應(yīng)用測量薄膜膜厚及其光學常數(shù)，如折射率、消光系數(shù)、吸收系數(shù)、復介

5、電函數(shù)等測定材料的多層結(jié)構(gòu)和表面粗糙度研究梯度膜層和透明薄膜的折射率和厚度，光學常數(shù)的梯度變化測量鍍碳磁盤的碳層厚度和光學常數(shù)以及潤滑層的厚度和表面粗糙度無損研究與氣態(tài)、液態(tài)周圍媒質(zhì)接觸的表面分子或原子的物理、化學吸附狀態(tài)研究處于各種不同環(huán)境中的半導體及金屬表面的氧化問題及其成分分析現(xiàn)場深入研究電極-電解液界面過程，并可和其它常規(guī)電化學測量方法同步進行研究血凝過程、薄膜抗原-抗體的免疫反應(yīng)、電吸附免疫試驗和細胞表面的材料測定等研究固體的輻射探傷，表征介電材料和半導體材料制備過程中造成的表面機械損傷現(xiàn)階段工作SiC,Si3N4thinfilms.F

6、erroelecticthinfilmssuchasBaxSr(1-x)TiO3,PbxZr(1-x)TiO3system.Nitridedopingα-DLCthinfilms.TiO2dopingPolymidenamometermaterials.SOImaterialanddevice.ZnS-Ag-ZnSmultilayersthinfilms.Pb-Sr-SesemiconductorthinfilmonBaF2substrate.SnO2onglasssubstrate聚合物材料SnO2材料光學梯度膜的測量Si基底上生長的SiC或S

7、i3N4薄膜特點SiC薄膜所用的Graded模型擬合結(jié)果膜厚信息擬合結(jié)果梯度光學特性（EMA=-14.44，說明該材料的光學梯度由基底到樣品表面折射率是梯度增大）多層膜的測量ZnS-Ag-ZnS多層膜的橢偏儀擬合結(jié)果ψ和?（Appl.Surf.Sci.v.183(1-2),p103-110,Nov.122001）Ag、ZnS的n和k隨λ變化曲線模型的選擇ZnS膜層用的是Cauchy和Urbach模型Cauchy色散關(guān)系：n(λ)=A+B/λ2+C/λ4Urbach吸收模型：К(λ)=AКexp[BК(1.24(1/λ-1/CК))]Ag膜層用的是

8、Lorentz模型Lorentz色散關(guān)系-諧振子模型：ε=ε∞+（4πe2/m）∑[Nj/（ωj2-ω2）-iГjω]EMA、Sroug