一、光譜橢偏儀適用于材料范圍：

半導體、電介質(zhì)、聚合物、有機物、金屬、多層膜物質(zhì)等

二、光譜橢偏儀技術(shù)參數：

三、光譜橢偏儀涉及領(lǐng)域行業(yè)：

半導體、通訊、數據存儲、光學(xué)鍍膜、平板顯示器、科研、生物、醫藥…

四、光譜橢偏儀檢測范圍：

1、早些年，橢偏儀的工作波長(cháng)為單波長(cháng)或少數獨立的波長(cháng)，zui典型的是采用激光或對電弧等強光譜光進(jìn)行濾光產(chǎn)生的單色光源?，F在大多數的橢偏儀在很寬的波長(cháng)范圍內以多波長(cháng)工作（通常有幾百個(gè)波長(cháng)，接近連續）。和單波長(cháng)的橢偏儀相比，多波長(cháng)光譜橢偏儀有下面的優(yōu)點(diǎn)：可以提升多層探測能力，可以測試物質(zhì)對不同波長(cháng)光波的折射率等。

2、光譜橢偏儀的光譜范圍在深紫外的142nm到紅外33µm可選。光譜范圍的選擇取決于被測材料的屬性、薄膜厚度及關(guān)心的光譜段等因素。例如，摻雜濃度對材料紅外光學(xué)屬性有很大的影響，因此需要能測量紅外波段的橢偏儀；薄膜的厚度測量需要光能穿透這薄膜，到達基底，然后并被探測器檢測到，因此需要選用該待測材料透明或部分透明的光譜段；對于厚的薄膜選取長(cháng)波長(cháng)更有利于測量。

五、光譜橢偏儀工作原理：

1、給出了橢偏儀的基本光學(xué)物理結構。已知入射光的偏振態(tài)，偏振光在樣品表面被反射，測量得到反射光偏振態(tài)（幅度和相位），計算或擬合出材料的屬性。

2、入射光束（線(xiàn)偏振光）的電場(chǎng)可以在兩個(gè)垂直平面上分解為矢量元。P平面包含入射光和出射光，s平面則是與這個(gè)平面垂直。類(lèi)似的，反射光或透射光是典型的橢圓偏振光，因此儀器被稱(chēng)為橢偏儀。關(guān)于偏振光的詳細描述可以參考其他文獻。在物理學(xué)上，偏振態(tài)的變化可以用復數ρ來(lái)表示：

 3、其中，ψ和?分別描述振幅和相位。P平面和s平面上的Fresnel反射系數分別用復函數rp和rs來(lái)表示。rp和rs的數學(xué)表達式可以用Maxwell方程在不同材料邊界上的電磁輻射推到得到。

4、其中?0是入射角，?1是折射角。入射角為入射光束和待研究表面法線(xiàn)的夾角。通常橢偏儀的入射角范圍是45°到90°。這樣在探測材料屬性時(shí)可以提供*的靈敏度。每層介質(zhì)的折射率可以用下面的復函數表示

5、通常n稱(chēng)為折射率，k稱(chēng)為消光系數。這兩個(gè)系數用來(lái)描述入射光如何與材料相互作用。它們被稱(chēng)為光學(xué)常數。實(shí)際上，盡管這個(gè)值是隨著(zhù)波長(cháng)、溫度等參數變化而變化的。當代測樣品周?chē)橘|(zhì)是空氣或真空的時(shí)候，N0的值通常取1.000。

6、通常橢偏儀作為波長(cháng)和入射角函數的ρ的值（經(jīng)常以ψ和?或相關(guān)的量表示）。一次測量完成以后，所得的數據用來(lái)分析得到光學(xué)常數，膜層厚度，以及其他感興趣的參數值。如下圖所示，分析的過(guò)程包含很多步驟。

7、可以用一個(gè)模型（model）來(lái)描述測量的樣品，這個(gè)模型包含了每個(gè)材料的多個(gè)平面，包括基底。在測量的光譜范圍內，用厚度和光學(xué)常數（n和k）來(lái)描述每一個(gè)層，對未知的參數先做一個(gè)初始假定。zui簡(jiǎn)單的模型是一個(gè)均勻的大塊固體，表面沒(méi)有粗糙和氧化。這種情況下，折射率的復函數直接表示。但實(shí)際應用中大多數材料都是粗糙或有氧化的表面，因此上述函數式常常不能應用。

8、下一步，利用模型來(lái)生成Gen.Data，由模型確定的參數生成Psi和Detla數據，并與測量得到的數據進(jìn)行比較，不斷修正模型中的參數使得生成的數據與測量得到的數據盡量*。即使在一個(gè)大的基底上只有一層薄膜，理論上對這個(gè)模型的代數方程描述也是非常復雜的。因此通常不能對光學(xué)常數、厚度等給出類(lèi)似上面方程一樣的數學(xué)描述，這樣的問(wèn)題，通常被稱(chēng)作是反演問(wèn)題。

9、zui通常的解決橢偏儀反演問(wèn)題的方法就是在衰減分析中，應用Levenberg-Marquardt算法。利用比較方程，將實(shí)驗所得到的數據和模型生成的數據比較。通常，定義均方誤差為：

10、在有些情況下，zui小的MSE可能產(chǎn)生非物理或非*的結果。但是加入符合物理定律的限制或判斷后，還是可以得到很好的結果。衰減分析已經(jīng)在橢偏儀分析中收到成功的應用，結果是可信的、符合物理定律的、精確可靠。

六、光譜隨偏儀器結構構造：

1、在光譜橢偏儀的測量中使用不同的硬件配置，但每種配置都必須能產(chǎn)生已知偏振態(tài)的光束。測量由被測樣品反射后光的偏振態(tài)。這要求儀器能夠量化偏振態(tài)的變化量ρ。

2、有些儀器測量ρ是通過(guò)旋轉確定初始偏振光狀態(tài)的偏振片（稱(chēng)為起偏器）。再利用第二個(gè)固定位置的偏振片（稱(chēng)為檢偏器）來(lái)測得輸出光束的偏振態(tài)。另外一些儀器是固定起偏器和檢偏器，而在中間部分調制偏振光的狀態(tài)，如利用聲光晶體等，zui終得到輸出光束的偏振態(tài)。這些不同的配置的zui終結果都是測量作為波長(cháng)和入射角復函數ρ。

3、在選則合適的橢偏儀的時(shí)候，光譜范圍和測量速度也是一個(gè)通常需要考慮的重要因素?？蛇x的光譜范圍從深紫外的142nm到紅外的33µm。光譜范圍的選擇通常由應用決定。不同的光譜范圍能夠提供關(guān)于材料的不同信息，合適的儀器必須和所要測量的光譜范圍匹配。

4、測量速度通常由所選擇的分光儀器（用來(lái)分開(kāi)波長(cháng)）來(lái)決定。單色儀用來(lái)選擇單一的、窄帶的波長(cháng)，通過(guò)移動(dòng)單色儀內的光學(xué)設備（一般由計算機控制），單色儀可以選擇感興趣的波長(cháng)。這種方式波長(cháng)比較準確，但速度比較慢，因為每次只能測試一個(gè)波長(cháng)。如果單色儀放置在樣品前，有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是明顯減少了到達樣品的入射光的量（避免了感光材料的改變）。另外一種測量的方式是同時(shí)測量整個(gè)光譜范圍，將復合光束的波長(cháng)展開(kāi)，利用探測器陣列來(lái)檢測各個(gè)不同的波長(cháng)信號。在需要快速測量的時(shí)候，通常是用這種方式。傅立葉變換分光計也能同時(shí)測量整個(gè)光譜，但通常只需一個(gè)探測器，而不用陣列，這種方法在紅外光譜范圍應用。