橢偏儀測薄膜厚度的基本原理

橢偏儀有著測量精度高、快速多次測量且長期可靠性的優(yōu)點，常常被用來檢測化學材料微觀結構、超薄膜厚度等實驗。科研人員發(fā)現(xiàn)橢偏儀可以和很多技術并用，比如：原子力顯微鏡、拉曼光譜儀等。這使橢偏儀被廣泛地運用在研究材料、生物以及醫(yī)藥制造等領域中。

橢偏儀的工作原理：

入射光束（線偏振光）的電場可以在兩個垂直平面上分解為矢量元。P平面包含入射光和出射光，s平面則是與這個平面垂直。類似的，反射光或透射光是典型的橢圓偏振光，因此儀器被稱為橢偏儀。在物理學上，偏振態(tài)的變化可以用復數(shù)ρ來表示：其中，ψ和?分別描述反射光p波與s波振幅衰減比和相位差。P平面和s平面上的Fresnel反射系數(shù)分別用復函數(shù)rp和rs來表示。rp和rs的數(shù)學表達式可以用Maxwell方程在不同材料邊界上的電磁輻射推到得到。

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可以提供最佳的靈敏度。每層介質(zhì)的折射率可以用下面的復函數(shù)表示。

通常n稱為折射率，k稱為消光系數(shù)。這兩個系數(shù)用來描述入射光如何與材料相互作用。它們被稱為光學常數(shù)。實際上，盡管這個值是隨著波長、溫度等參數(shù)變化而變化的。當待測樣品周圍介質(zhì)是空氣或真空的時候，N0的值通常取1.000。

通常橢偏儀測量作為波長和入射角函數(shù)的ρ的值（經(jīng)常以ψ和?或相關的量表示）。一次測量完成以后，所得的數(shù)據(jù)用來分析得到光學常數(shù)，膜層厚度，以及其他感興趣的參數(shù)值。

橢偏儀在各工業(yè)的應用：

1、可用于實驗室研究，教學，在線制程監(jiān)控，工業(yè)品質(zhì)控制等應用。

2、半導體行業(yè)：硅的氧化物和氮化物，高和低k介質(zhì)、多晶和非晶硅薄膜，光刻膠。

3、光學涂覆工業(yè)：高、低折射率薄膜如SiO2，TiO2，Ta2O5，MgF2，等。

4、顯示行業(yè)：導電層（如ITO），非晶硅薄膜、有機薄膜（OLED技術）。

5、數(shù)據(jù)存儲產(chǎn)業(yè)：類金剛石薄膜。6、R&D 工序：薄膜沉積的原位表征（速率和光學常數(shù)）對應工藝條件的變化值，適用于MBE、MOCVD、ALD、濺射等。

7、化學和生物：亞-單層材料吸附液體中的細胞實驗檢測。

8、工業(yè)：在線監(jiān)測和控制薄膜的厚度。

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