椭圆偏振仪讲稿1

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1、椭圆偏振仪金承钰上海交通大学分析测试中心（上海市华山路1954号，中国上海，200030）工作原理入射光入射任何介质Transmission=IT/IOReflection=IR/IO椭圆偏振测量术是研究两媒质间界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，基于利用偏振光束在界面和薄膜上反射或透射时出现的偏振态的变化。S-P坐标系中电磁波的电场分量描述Erprp0EipErs=0rs=Eis则有rp=Erp/Eip，rs=Ers/Eis设入射电场分量与坐标轴成45o则Eip=Eistan(ψ)ejΔ=rp/rs=ρ(N0,N1,N2,d1,φ0,

2、λ)=Erp/Ers，其中tan(ψ)为电场反射分量的振幅比，Δ为两者的相位差。基本结构椭圆偏振仪是一种偏振态探测设备，椭偏仪假设被探测光线为100%偏振光（线偏振、圆偏振或椭圆偏振）。一般结构为：光源→起偏器→样品→检偏器→探测器仪器类型“零”偏振型偏振调制型回转元件型：回转起偏、回转检偏RPE特点单色仪置于起偏器之后，可抑制环境光的影响，但存在光源残余偏振造成的数据误差，且旋转起偏器可能造成光束在样品上移动。RAE特点可消除光源残余偏振造成的任何误差，但需系统在暗室中工作。典型的椭圆偏振仪的操作和数据处理过程PowerUp→Verify→Al

3、ignment→Calibration→AcquireData→Analysis(Model→Fit→Results)最小均方差模型拟合Cauchy色散关系模型Herzinger-JohsTM参数LorentzDrudeGaussianHarmonicTauc-Lorentz色散关系-谐振子等模型Urbach吸收模型椭圆偏振仪的局限性模型的任意性，变量之间的相关性，数据分析过程有时会很复杂，最终结果取决于分析人员的判断。变角度光谱椭圆偏振仪型号：W-VASEwithAutoRetarderTM生产厂家：美国J.A.Woollam公司性能指标：光谱

4、范围：240-1100nm连续可调光谱分辨率：0.5nm光束直径：1mm光束发散角：0.05o测量速度：每个波长1-2s重复性：ψ+/-0.015o，Δ+/-0.08o(与测量条件有关)入射角：20-90oC连续可调，重复性优于0.005oX-Y移动台：150mm×150mm主要附件配置：光谱扩展系统：UV—200nm，NIR—1700nm。聚焦系统：光斑可达直径200μm或更小(400-100nm)。自动相位补偿器：实现0-360o范围内准确测量Δ。固定角度垂直样品架液体样品池主要应用测量薄膜膜厚及其光学常数，如折射率、消光系数、吸收系数、复介

5、电函数等测定材料的多层结构和表面粗糙度研究梯度膜层和透明薄膜的折射率和厚度，光学常数的梯度变化测量镀碳磁盘的碳层厚度和光学常数以及润滑层的厚度和表面粗糙度无损研究与气态、液态周围媒质接触的表面分子或原子的物理、化学吸附状态研究处于各种不同环境中的半导体及金属表面的氧化问题及其成分分析现场深入研究电极-电解液界面过程，并可和其它常规电化学测量方法同步进行研究血凝过程、薄膜抗原-抗体的免疫反应、电吸附免疫试验和细胞表面的材料测定等研究固体的辐射探伤，表征介电材料和半导体材料制备过程中造成的表面机械损伤现阶段工作SiC,Si3N4thinfilms.F

6、erroelecticthinfilmssuchasBaxSr(1-x)TiO3,PbxZr(1-x)TiO3system.Nitridedopingα-DLCthinfilms.TiO2dopingPolymidenamometermaterials.SOImaterialanddevice.ZnS-Ag-ZnSmultilayersthinfilms.Pb-Sr-SesemiconductorthinfilmonBaF2substrate.SnO2onglasssubstrate聚合物材料SnO2材料光学梯度膜的测量Si基底上生长的SiC或S

7、i3N4薄膜特点SiC薄膜所用的Graded模型拟合结果膜厚信息拟合结果梯度光学特性（EMA=-14.44，说明该材料的光学梯度由基底到样品表面折射率是梯度增大）多层膜的测量ZnS-Ag-ZnS多层膜的椭偏仪拟合结果ψ和∆（Appl.Surf.Sci.v.183(1-2),p103-110,Nov.122001）Ag、ZnS的n和k随λ变化曲线模型的选择ZnS膜层用的是Cauchy和Urbach模型Cauchy色散关系：n(λ)=A+B/λ2+C/λ4Urbach吸收模型：К(λ)=AКexp[BК(1.24(1/λ-1/CК))]Ag膜层用的是

8、Lorentz模型Lorentz色散关系-谐振子模型：ε=ε∞+（4πe2/m）∑[Nj/（ωj2-ω2）-iГjω]EMA、Sroug