椭偏仪.doc

. 椭偏仪测量薄膜厚度和折射率椭圆偏振测量(椭偏术)是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法,其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换. 椭圆偏振测量的应用范围很广,如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等,也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后, 具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。实验目的 . 使用仪器椭偏仪平台及配件、 He-Ne 激光器及电源、起偏器、检偏器、四分之一波片等. 实验原理在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后, 光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的. 通常,设介质层为 n 1、 n 2、 n 3,φ 1为入射角,那么在 1、 2介质交界面和 2、 3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉,如图(1-1) 介质 n 1界面 1 薄膜 n 22?界面 2 衬底 n 33?图 1-1 这里我们用 2?表示相邻两分波的相位差, 其中?=???/ cos 2 22dn ,用 r 1p、 r 1s 表示光线的 p 分量、 s分量在界面 1、 2间的反射系数,用 r 2p、 r 2s表示光线的 p分、 s分量在界面 2、 : ipipp ipp rpEerr errE ??221 2211 ?????…(1) isiss iss rsEerr errE ??221 2211 ?????…(2) 1?. 其中 E ip和 E is 分别代表入射光波电矢量的 p 分量和 s 分量, E rp和 E rs 分别代表反射光波电矢量的 p分量和 E ip、 E is、 E rp、 E rs四个量写成一个量 G,即: ??? i is ip rs rpe tgEE EEG?/ / = ??221 2211 ipp ipperr err ????· ??221 2211 iss isserr err ????…(3) 我们定义 G 为反射系数比,它应为一个复数,可用? tg 和?表示它的模和幅角. 上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出: G是变量 n 1、 n 2、 n 3、 d、?、 1?的函数( 2?、 3?可 1?用表示),即f tg 1???, f arg ??,称?和?为椭偏参数,上述复数方程表示两个等式方程: [ ?ie tg?]的实数部分=[ ??221 2211 ipp ipperr err ??????221 2211 iss isserr err ????]的实数部分[ ?ie tg?]的虚数部分=[ ??221 2211 ipp ipperr err ??????221 2211 iss isserr err ????]的虚数部分若能从实验测出?和?的话, 原则上可以解出 n 2和 d(n 1、 n 3、?、 1?已知), 根据公式(4)~(9), 推导出?和?与 r 1p、 r 1s、 r 2p、 r 2s、和δ的关系:???2 cos 21 2 cos 2[ 21 2 21 2 21 2 21 2pp pp pp pprrrr r