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8 U4 g) @, V' A7 j: H7 m 原标题:椭偏仪的工作原理是什么?在工业中有哪些应用?
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& D; a5 t* `0 e% j2 @2 t 椭偏仪有着测量精度高、快速多次测量且长期可靠性的优点,常常被用来检测化学材料微观结构、超薄膜厚度等实验。科研人员发现椭偏仪可以和很多技术并用,比如:原子力显微镜、拉曼光谱仪等。这使椭偏仪被广泛地运用在研究材料、生物以及医药制造等领域中。
/ G# h* q5 t- [6 z6 z 椭偏仪
8 X$ _/ W5 S: i! a 椭偏仪的工作原理:
2 O! e! `0 A$ P( r& m3 m 入射光束(线偏振光)的电场可以在两个垂直平面上分解为矢量元。P平面包含入射光和出射光,s平面则是与这个平面垂直。类似的,反射光或透射光是典型的椭圆偏振光,因此仪器被称为椭偏仪。在物理学上,偏振态的变化可以用复数ρ来表示:其中,ψ和∆分别描述反射光p波与s波振幅衰减比和相位差。P平面和s平面上的Fresnel反射系数分别用复函数rp和rs来表示。rp和rs的数学表达式可以用Maxwell方程在不同材料边界上的电磁辐射推到得到。
5 f$ M/ {- J6 ~% L 其中ϕ0是入射角,ϕ1是折射角。入射角为入射光束和待研究表面法线的夹角。通常椭偏仪的入射角范围是45°到90°。这样在探测材料属性时可以提供最佳的灵敏度。每层介质的折射率可以用下面的复函数表示。 8 x0 O% f+ O; [. u7 G1 \& h$ y
通常n称为折射率,k称为消光系数。这两个系数用来描述入射光如何与材料相互作用。它们被称为光学常数。实际上,尽管这个值是随着波长、温度等参数变化而变化的。当待测样品周围介质是空气或真空的时候,N0的值通常取1.000。 " n3 K" b& \: b: i/ }6 I; Q
通常椭偏仪测量作为波长和入射角函数的ρ的值(经常以ψ和∆或相关的量表示)。一次测量完成以后,所得的数据用来分析得到光学常数,膜层厚度,以及其他感兴趣的参数值。 ' D7 h& M2 W1 m: V! ?
椭偏仪在各工业的应用:
. g" d+ D: S# t4 K5 } 1、可用于实验室研究,教学,在线制程监控,工业品质控制等应用。 : b/ z( k# F9 S# D: K5 e
2、半导体行业:硅的氧化物和氮化物,高和低k介质、多晶和非晶硅薄膜,光刻胶。
L! }5 t9 L' L4 p+ e 3、光学涂覆工业:高、低折射率薄膜如SiO2,TiO2,Ta2O5,MgF2,等。
" z6 V# w$ G% H/ P/ g 4、显示行业:导电层(如ITO),非晶硅薄膜、有机薄膜(OLED技术)。
5 A/ S3 w" ^" V9 O* ` 5、数据存储产业:类金刚石薄膜。 . p _4 O" j( U3 M# Y% K
6、R&D 工序:薄膜沉积的原位表征(速率和光学常数)对应工艺条件的变化值,适用于MBE、MOCVD、ALD、溅射等。 ' `' f% h# O* m. a7 n1 ?
7、化学和生物:亚-单层材料吸附液体中的细胞实验检测。
, O' i. S$ o3 V8 i# K9 Z 8、工业:在线监测和控制薄膜的厚度。 ' M& g% C7 \. K! H( }% `% q& m8 b
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