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2016-08-02 10:05 |
橢偏儀原理以及應(yīng)用
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摘要： 橢偏測量技術(shù)通過測量光在介質(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，希望對廣大的技術(shù)從業(yè)人員會有幫助。 ,1ev2T
關(guān)鍵詞：橢偏儀、橢偏儀原理、穆勒矩陣橢偏儀 t2,II\K l
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概述 \dHqCQ
橢偏測量技術(shù)通過測量光在介質(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，具有測量精度高，非接觸，無破壞且不需要真空。 6!_Wo\ _%
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自從1887年，德魯?shù)绿岢鰴E偏理論，建立了世界上第一套實驗裝置并成功地測量了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。 7 z
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2 橢偏儀的測量原理 ExG(*[l
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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、多光束干涉過程，介質(zhì)表面作用會引起前后偏振態(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。 cb_C2+%8NA
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通過后期關(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： CA#g(SiZ
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3.穆勒矩陣橢偏儀 c+l1 l0BA
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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λ、入射角θ和方位角ψ這3個測量條件，每次測量條件下都可以獲得一個4×4階的穆勒矩陣(Mueller matrix)共16個參數(shù)（測量原理示意圖如圖2.所示），因此可以比傳統(tǒng)光譜橢偏儀獲得豐富得多的測量信息。其中不同配置橢偏儀，一次測量能獲得的元素的數(shù)目是不同的�；陔p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量獲得全部穆勒矩陣的16個元素。 Pt kMzh X
從橢偏行業(yè)研討會最新信息來看，雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型穆勒矩陣橢儀仍然是目前國際上深紫外到近紅外波段橢偏測量技術(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woollam公司是目前國際上僅有的兩家成熟掌握該專利技術(shù)且可以實現(xiàn)商品化的廠商。 #R5\k-I
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)性測量精度高、測量速度快、儀器操作便捷、光學(xué)模型豐富�？赏ㄟ^反射/透射率、橢偏參數(shù)、穆勒矩陣和退偏指數(shù)等參數(shù)測量，實現(xiàn)各種光學(xué)薄膜和納米結(jié)構(gòu)的表征分析等優(yōu)勢，作為高端科研儀器，特別適合分析各向異性材料。 Ii+3 yE@c
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4.橢偏儀的應(yīng)用 oB 1Qw'J
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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)、無機(jī)多層薄膜結(jié)構(gòu)等；光伏太陽能：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。
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橢偏儀可以測試鏡片的折射率嗎，精度有多高，對鏡片形狀尺寸等有要求嗎？