橢偏儀原理以及應(yīng)用
/&PKCtm&~ 摘要： 橢偏測(cè)量技術(shù)通過(guò)測(cè)量光在介質(zhì)表面反射前后偏振態(tài)變化，獲得
材料的
光學(xué)常數(shù)和結(jié)構(gòu)信息。本文主要介紹了橢偏儀的背景概述、光學(xué)原理。并對(duì)行業(yè)最前沿最高端的的雙旋轉(zhuǎn)穆勒矩陣橢偏儀進(jìn)行功能概述，希望對(duì)廣大的技術(shù)從業(yè)人員會(huì)有幫助。
Jd5\&ma 關(guān)鍵詞：橢偏儀、橢偏儀原理、穆勒矩陣橢偏儀
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f64(a\Rw!^ 概述
]} 61vV 橢偏測(cè)量技術(shù)通過(guò)測(cè)量光在介質(zhì)表面反射前后偏振態(tài)變化，獲得材料的光學(xué)常數(shù)和結(jié)構(gòu)信息，具有測(cè)量精度高，非接觸，無(wú)破壞且不需要真空。
pheE^jUr |K L')&" 自從1887年，德魯?shù)绿岢鰴E偏理論，建立了世界上第一套實(shí)驗(yàn)裝置并成功地測(cè)量了18種金屬的光學(xué)常數(shù)起，1945年，Rothen第一次提出了橢偏儀一詞。之后，橢偏儀有了很大的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于
薄膜測(cè)量這一領(lǐng)域。根據(jù)橢偏儀的工作原理，主要分為消光式和光度式兩類。在普通橢偏儀的基礎(chǔ)上，橢偏
光譜儀、紅外橢偏光譜儀、成像橢偏儀和廣義橢偏儀又發(fā)展出來(lái)。
t})lr\ n*4lz^LR 2 橢偏儀的測(cè)量原理
NO-k- U|gpCy 橢偏儀的結(jié)構(gòu)及光路如圖1所示，橢偏光在樣品表面上的反射、折射、多光束干涉過(guò)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(guò)獲得材料的光學(xué)常數(shù)和結(jié)構(gòu)信息。
`|$'g^eCL E7Ibp79}N 通過(guò)后期關(guān)聯(lián) ψ振幅比和 Δ相位差的光學(xué)模型匹配獲取所關(guān)心的參數(shù)值：
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iI5+P`sE&J 3.穆勒矩陣橢偏儀
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& + KyPY+ 穆勒矩陣偏振儀(Mueller Matrix Ellipsometer)也稱為廣義橢偏儀，與傳統(tǒng)光譜橢偏儀相比，廣義橢偏儀可以改變
波長(zhǎng)λ、入射角θ和方位角ψ這3個(gè)測(cè)量條件，每次測(cè)量條件下都可以獲得一個(gè)4×4階的穆勒矩陣(Mueller matrix)共16個(gè)參數(shù)（測(cè)量原理示意圖如圖2.所示），因此可以比傳統(tǒng)光譜橢偏儀獲得豐富得多的測(cè)量信息。其中不同配置橢偏儀，一次測(cè)量能獲得的元素的數(shù)目是不同的。基于雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器(DRC, dual rotating compensator)配置的穆勒矩陣橢偏儀可以一次測(cè)量獲得全部穆勒矩陣的16個(gè)元素。
'E4AV58. 從橢偏行業(yè)研討會(huì)最新信息來(lái)看，雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型穆勒矩陣橢儀仍然是目前國(guó)際上深紫外到近紅外波段橢偏測(cè)量技術(shù)的最高水平。目前只有武漢頤光科技有限公司(www.eoptics.com.cn)和美國(guó)woollam公司是目前國(guó)際上僅有的兩家成熟掌握該專利技術(shù)且可以實(shí)現(xiàn)商品化的廠商。
T~BA)! [ 以武漢頤光科技的ME-L型穆勒矩陣型橢偏儀（光學(xué)儀器結(jié)構(gòu)如圖2.所示）為例，穆勒矩陣橢偏儀具有超寬光譜范圍、重復(fù)性測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、儀器操作便捷、光學(xué)模型豐富�？赏ㄟ^(guò)反射/透射率、橢偏參數(shù)、穆勒矩陣和退偏指數(shù)等參數(shù)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)薄膜和
納米結(jié)構(gòu)的表征分析等優(yōu)勢(shì)，作為高端科研儀器，特別適合分析各向異性材料。
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]' Y|N l dsJm>U) 4.橢偏儀的應(yīng)用
{esJ=FV\ 橢偏儀可應(yīng)用于納米光學(xué)薄膜厚度、材料光學(xué)常數(shù)、納米結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸等分析表征：
半導(dǎo)體：半導(dǎo)體薄膜，如介電/金屬薄膜，AlGaN、ZnO等寬禁帶半導(dǎo)體材料；集成電路：周期性納米結(jié)構(gòu)，如光刻掩模光柵結(jié)構(gòu)，納米壓印結(jié)構(gòu)，刻蝕深溝槽結(jié)構(gòu)等；平板顯示：LCD、OLED新型平板顯示中有機(jī)、無(wú)機(jī)多層薄膜結(jié)構(gòu)等；光伏
太陽(yáng)能：硅、多元化合物、有機(jī)化合物、聚合物等光伏薄膜材料；新材料、新物理現(xiàn)象研究：材料光學(xué)各向異性、退偏效應(yīng)、電光效應(yīng)、光彈效應(yīng)等。
