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椭偏仪介绍(Introduction of Ellipsometry)
来源: 时间:2022-12-01 17:42:08 浏览:1476次


椭偏仪是一种测量薄膜特性的仪器。可以测量薄膜的厚度、折射系数、表面粗糙度、晶格结构和各项异性等。

椭偏仪的测量原理有些特别,叫做model-based,意思是说椭偏仪无法直接得到上述这些参数,需要通过数据拟合才能得到这些参数,在做数据拟合的时候,所采用的模型(model)很重要。

椭偏仪光路图

椭偏仪的测量光路图很简单,如上图所示。

一束线偏振光经过薄膜反射后变成椭圆偏振光,为什么呢?

先看一下最简单的情况,就是没有薄膜的情况,

最简单的反射情形

这种情况下,我们把入射的线偏振光做一个正交分解,线偏振面分解在两个平面内,一个是入射面(对应p分量),一个是与入射面垂直的平面(对应s分量),示意图如下所示。

根据Fresnel equations,可以得到两个分量的折射系数分别为

上面这个公式中包含了界面前后两种材料的折射系数,通过测量rp和rs,可以反推出这两个参数。

值得一提的是,这里的Ns和N0都是复数,包含了折射率和吸收,前者对应相位的变化,后者对应幅值的变化。因此rp和rs也是复数。光的p分量和s分量经过rp和rs变换后,相位和幅值都发生了变化,因此两者合成后,最终变成了椭圆偏振光。

决定椭圆偏振光形态的,不是rp和rs的绝对值,而是两者的比值,因此可以通过测量椭圆偏振光得到rp/rs。这样的测量方法可以消除很多共模噪声信号,具有测量精度高、重复性好等优点。

对于下图这种有一层薄膜的情况,

需要考虑多次反射的叠加。这种情况下,rp和rs的模型要复杂一些,

可以看到,上面的模型中包含了厚度参数d,折射率n1,n2和n3。

如果是多层薄膜,或者薄膜表面不光滑,或者需要考虑薄膜的晶格结构等情况,模型会更复杂。但是不管怎么样,都应该首先确定合适的模型,然后根据模型去拟合实验结果,从而得到待测的参数。

这就是椭偏仪的基本原理。更详细的信息建议参考Tompkins, H. G., and E. A. Irene, eds. 2005. Handbook of ellipsometry. Berlin: Springer



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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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