椭偏仪的研究进展

主要介绍了椭偏仪的测量原理,比较了不同结构的椭偏仪,并根据具体应用需求介绍了椭偏光谱仪、红外椭偏光谱仪、成像椭偏仪和广义椭偏仪,分析了椭偏仪的数据处理过程,最后展望了椭偏仪的发展趋势.     

用椭圆偏振测量法分析碲镉汞的组分及其均匀性

简略介绍了椭偏仪的测量原理和测量装置。分析了Hg1-xCdxTe(MCT)的 组分与椭偏仪的参数Δ和ψ之间的关系,结果发现碲镉汞的组分x主要与椭偏仪的参数ψ有关,而且x与ψ的经验关系为ψ＝14．84－10.22x。最后椭圆偏振测量的方法分析了碲镉汞的横向和纵向组分均匀性。该方法具有非破坏性、有效、快捷的特点。     

椭偏仪数据处理及误差修正

提出了一套对椭偏仪的测量误差进行有效修正的方案,设计了一个Windows版的椭偏仪测厚数据处理软件,并在该软件中嵌入了对测量数据的误差进行修正的方法,使椭偏仪的最终测量结果更加精确。制作了30片厚度梯度分布的标准样片（厚度20nm～1μm）,用于从“软”、“硬”件两个方面对椭偏仪进行误差修正,使最终的误差小于1％。本文所提出的修正方案具有一定的普适性、实用性。     

基于Labview技术的光度式椭偏测厚仪的研究与设计

本文介绍了一种基于Labview的光度式椭偏仪光学测量系统,用于进行透明薄膜厚度的精确测量.研究并推导出该系统的数学模型及椭偏参数的计算公式.基于C9051F020单片机设计出椭偏仪的控制器并使用Labview编写了测量软件.在测量软件中嵌入Matlab Script节点,完成复杂运算.通过对SiO2薄膜的测试,验证了仪器具有良好的可靠性和重复性,薄膜厚度误差小于100 A,折射率误差小于0.01.     

椭偏技术的原理及其在功能薄膜表征中的应用

随着计算机技术的不断发展，已有一百多年历史的椭偏技术的研究重点已从该技术本身转移到了它在材料分析中的新用途。通过介绍椭偏技术的测量原理，给出了椭偏仪在材料表征中的应用范围和局限。研究表明，结合其他分析工具并建立精细的椭偏模型，可变入射角光谱椭偏仪（ＶＡＳＥ）能定量测量各种功能金属氧化物薄膜的厚度、光学常数和气孔率。ＶＡＳＥ将在功能金属氧化物外延薄膜的生长控制和性能优化等方面发挥积极的作用。     

国外椭偏仪性能简介

各种薄膜工艺参数和质量(厚度、折射率的数值及其均匀性等)的精确、快速测定和控制,在半导体器件生产、研制中有着极其重要的作用.现综合评述美国Rudolph研究公司应用材料公司、Gaertner科学公司和Sagax国际公司开发的从手动到自动椭偏仪系列的几代椭偏仪产品,并和其它薄膜厚度测量技术进行比较.     

红外自动椭偏仪最佳测试条件的研究

宽波段工作的自动红外椭偏仪的测量精度主要受探测器噪声的限制。本文分析了光学薄膜参数n和d的测量精度如何随测量条件(如起偏器、检偏器的方位角和入射角)而变化,并提出选择最佳测量条件的方法。最后,给出具体实例的计算结果并与实验结果进行了比较。     

斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的条件数评价研究

斯托克斯椭偏仪一般使用定标的方法来测量其仪器矩阵,其仪器矩阵的优劣直接影响了被测光线斯托克斯参量的精确度与稳定度,从而影响了被测薄膜的厚度、折射率及消光系数等光学参数的精确度与稳定度。文章以椭偏参数总偏差为评价函数,分析了条件数大小与斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的优劣关系,并从实验上证明了条件数较大时,仪器矩阵较差,测量结果偏差大;条件数较小时,仪器矩阵较优,测量结果较佳。     

杂质分布的红外光谱椭偏分析方法

在半导体工艺中,掺杂杂质类型、浓度及结深的改变都会引起不同频率的红外光谱,介绍了一种通过红外椭偏仪测量浅结杂质分布的方法。利用Drude方程将Si中不同掺杂与其引起的光学常量的变化对应起来,通过红外椭偏分量Ψ和Δ的测量及模型拟合来测定半导体中载流子的浓度分布。并建立高斯渐变层模型,即将离子注入退火后的非均匀掺杂层分成n小层,各层载流子浓度之间符合高斯分布,且每一层载流子浓度可以用Drude方程来描述。测量采用了可变角度的红外光谱椭偏仪,该测量方法具有非接触性、非破坏性的优点,测量快捷方便。     

利用调制式椭偏仪测量薄膜电光系数

利用调制式的椭偏仪测量了掺镧锆钛酸铅PLZT薄膜的电光系数．首先用反射椭偏测量的方法得到薄膜的折射率(n)和厚度(d),然后利用透射椭偏在线测量的功能,在样品上加电场(E),得到薄膜的折射率的改变8n．最后用测量得到的厚度,折射率以及折射率的改变来计算薄膜的电光系数．该仪器的灵敏度很高,很适合较薄的膜层材料电光性质的测量．     

基于斯托克斯椭偏测量系统的多点定标法

斯托克斯椭偏仪可快速测量光束的偏振态,仪器矩阵的精确测量是斯托克斯椭偏仪一项非常重要的技术。为提高仪器矩阵的测量精度,基于四点定标法,提出了斯托克斯椭偏测量系统的多点定标法,并从理论上证明了该方法。在多点定标法的基础上采用六点定标法进行实验验证,结果表明采用多点定标法对系统定标是完全可行的,为斯托克斯椭偏仪的定标提供了新思路。同时六点定标法比四点定标法以及E-P定标法所获得的仪器矩阵更准确,在测量精度方面,该方法获得的斯托克斯参数的总均方根(RMS)偏差为3.15%。     

基于椭偏成像光路和表面等离子体共振效应的金属薄膜参数测量方法研究

提出了一种基于椭偏成像光路和表面等离子体共振效应的金属薄膜参数测量方法,在椭偏成像光路中采用p偏振光在金属薄膜与空气界面产生表面等离子体共振效应,利用不产生表面等离子体共振效应的s偏振光消除背景光的影响,得到表面等离子体共振吸收环垂直方向的归一化反射率曲线,数值拟合获得待测金属薄膜的薄膜参数,这种方法不需要求解椭偏方程,数据处理过程简单,求解速度快。实验中,基于该方法的测量结果与标准椭偏仪的测量结果基本一致,很好地验证了该方法的有效性。     

AUEL—Ⅲ型自动椭偏仪

本文介绍了我们研制成功的实用化的ＥＬ－Ⅲ型自动椭偏仪，经专家鉴定和用户使用证明本仪器的实用化和实用化和商品化程度高，功能和技术指标与国外同类产品相当，达到国际先进水平。     

利用消光式椭偏仪精确测量波片相位延迟量

采用消光式椭偏仪精确测量波片的相位延迟量。从理论上分析了椭偏仪测量波片相位延迟量的可行性,重点讨论了标准1／4波片及待测波片的相位延迟量误差对测量精度的影响,并给出相应的实验验证。实验表明：该方法测量过程简单,方便,易受光强波动的影响,测量相位延迟量重复性精度达0．02°,相对误差为0．02％,是一种实用及有效的波片相位延迟量测量的方法。     

椭偏法在光学薄膜测量中的应用价值

椭圆偏振法是一种测量表面和薄膜特性的精密方法。它具有两个优点:第一,它的测量灵敏度很高,特别是偏振参数Δ对表面或薄膜参数的微小变化有灵敏的反应;第二,它可以测量多种参数。测量中直接得到的是偏振参数Δ、ψ,然后根据不同的测量对象可以进一步求得各种不同的参数。到目前为止,在半导体表面和电化学过程的研究中已经广泛应用椭偏法,但是它在光学薄膜领域内始终只有有限的应用。在本文中,我们将结合工作体会讨论椭偏法在光学薄膜的各项测量中的应用价值。首先简单介绍目前使用的两种椭偏仪:消     

椭偏法测光栅参数的可行性理论研究

提出一种新的光栅测试方法-利用椭偏仪测量光栅的基本参数，同时将求解优化问题的正单纯形法用来反演光栅的椭偏方程。首先假设一种光栅模型，计算出不同入射角的椭偏参数（△,φ),然后加入偏差量不同的高斯噪声，把加入噪声后的值（△m,φm）作为模拟测量值，采用正单纯形法进行求解，验斑点得知由这种方法求得的光栅参数接近假设的光栅参数值。反演结果表明，在扩大搜索范围时，仍可以在一定精度范围内得到准确解，这就在理论上验证了用椭偏仪测试光栅参数的可行性。     

马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪非线性误差分析

马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪是一种重要的光偏振态实时测量技术。为了提高测量系统的精度、降低误差,采用外差干涉光路分析和数值模拟的方法,理论推导了透射式马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪光路的误差公式。结果表明,光源偏振的椭圆化程度,偏振分光棱镜消偏比及倾斜都能引起测量误差;同误差参量下待测光束不同的椭偏比和s,p分量相位差得到的测量误差不同;马赫-曾德尔外差干涉仪的误差结果与迈克尔逊外差干涉仪相近。     

ZrO2/SiO2双层膜膜间渗透行为初步研究

用溶胶-凝胶技术,采用提拉镀膜法在K9玻璃基片上镀制了ZrO2/SiO2双层膜和SiO2/ZrO2双层膜,研究了这两种膜层之间的渗透问题。用X射线光电子能谱仪(XPS)测量了薄膜的成分随深度方向的变化,用反射式椭偏仪对X射线光电子能谱仪测得的实验结果进行模拟与验证。结果表明,用X射线光电子能谱仪测得的实验结果建立的椭偏模型,模拟出来的椭偏曲线和用椭偏仪测量出来的椭偏曲线十分吻合;对于ZrO2/SiO2双层薄膜,膜层间的渗透情况不是很严重,在薄膜界面处薄膜的成分比变化非常明显,到达一定深度后薄膜的成分不再随深度的变化而变化;SiO2/ZrO2双层膜膜层界面间的渗透十分严重,渗透层的深度比较大,底层几乎发生了完全渗透。     

半导体衬底上薄膜折射率的测量

本文用已知折射率的折射液体与半导体衬底上薄膜折射率相匹配的方法测得锗上等离子体阳极氧化膜的折射率为1.66,硅上氧等离子体氧化膜及热氧化SiO_2膜的折射率均为1.458。与激光椭偏仪的测量结果符合得很好。本文还用TP—83型椭偏仪的通用程序B算出砷化镓上等离子体氧化膜的折射率为1.80～1.90。     

45°双驱动弹光调制高速椭偏测量方法

为解决传统机械旋转补偿器型椭偏仪测量速度较慢问题,提出一种电驱动的双弹光调制的高速椭偏测量方法。通过理论分析并仿真研究45°双驱动弹光调制器工作在纯行波模式下的调制方式。结果发现,当双驱动弹光调制器工作在纯行波模式可实现快轴方向的高速周期性旋转,且相位延迟量为常量。结合椭偏原理,详细研究一种基于双驱动弹光调制的高速椭偏测量理论模型,结果表明,该模型光学周期<10μs,用于实际可真正实现超高速偏光调制。通过研究,有望解决半导体集成电路,微电子和光伏电池等生产过程中薄膜超高速检测难题,对薄膜在线检测、瞬态变化测量具有重要意义和学术价值。