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橢偏儀介紹(Introduction of Ellipsometry)
來源: 時間:2022-12-01 17:42:08 瀏覽:6979次


橢偏儀是一種測量薄膜特性的儀器。可以測量薄膜的厚度、折射系數、表面粗糙度、晶格結構和各項異性等。

橢偏儀的測量原理有些特別,叫做model-based,意思是說橢偏儀無法直接得到上述這些參數,需要通過數據擬合才能得到這些參數,在做數據擬合的時候,所采用的模型(model)很重要。

橢偏儀光路圖

橢偏儀的測量光路圖很簡單,如上圖所示。

一束線偏振光經過薄膜反射后變成橢圓偏振光,為什么呢?

先看一下最簡單的情況,就是沒有薄膜的情況,

最簡單的反射情形

這種情況下,我們把入射的線偏振光做一個正交分解,線偏振面分解在兩個平面內,一個是入射面(對應p分量),一個是與入射面垂直的平面(對應s分量),示意圖如下所示。

根據Fresnel equations,可以得到兩個分量的折射系數分別為

上面這個公式中包含了界面前后兩種材料的折射系數,通過測量rp和rs,可以反推出這兩個參數。

值得一提的是,這里的Ns和N0都是復數,包含了折射率和吸收,前者對應相位的變化,后者對應幅值的變化。因此rp和rs也是復數。光的p分量和s分量經過rp和rs變換后,相位和幅值都發生了變化,因此兩者合成后,最終變成了橢圓偏振光。

決定橢圓偏振光形態的,不是rp和rs的絕對值,而是兩者的比值,因此可以通過測量橢圓偏振光得到rp/rs。這樣的測量方法可以消除很多共模噪聲信號,具有測量精度高、重復性好等優點。

對于下圖這種有一層薄膜的情況,

需要考慮多次反射的疊加。這種情況下,rp和rs的模型要復雜一些,

可以看到,上面的模型中包含了厚度參數d,折射率n1,n2和n3。

如果是多層薄膜,或者薄膜表面不光滑,或者需要考慮薄膜的晶格結構等情況,模型會更復雜。但是不管怎么樣,都應該首先確定合適的模型,然后根據模型去擬合實驗結果,從而得到待測的參數。

這就是橢偏儀的基本原理。更詳細的信息建議參考Tompkins, H. G., and E. A. Irene, eds. 2005. Handbook of ellipsometry. Berlin: Springer



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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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