【摘要】 椭圆偏振仪可应用于纳米光学薄膜厚度、材料光学常数、纳米结构关键尺寸等分析表征

应用

椭圆偏振仪可应用于纳米光学薄膜厚度、材料光学常数、纳米结构关键尺寸等分析表征：半导体：半导体薄膜，如介电/金属薄膜，AlGaN、ZnO等宽禁带半导体材料；集成电路：周期性纳米结构，如光刻掩模光栅结构，纳米压印结构，刻蚀深沟槽结构等；平板显示：LCD、OLED新型平板显示中有机、无机多层薄膜结构等；光伏太阳能：硅、多元化合物、有机化合物、聚合物等光伏薄膜材料；新材料、新物理现象研究：材料光学各向异性、退偏效应、电光效应、光弹效应等。

 

分类

椭圆偏振仪 全自动光谱椭圆偏振仪 成像椭圆偏振仪（成像椭圆偏振技术）激光单波长椭圆偏振仪

1、根据椭圆偏振仪的工作原理，主要分为消光式和光度式两类。

（1）消光式椭圆偏振仪

典型的消光式椭圆偏振仪如图所示，它包括光源、起偏器P、补偿器C、检偏器A和探测器几大类装置。消光式椭圆偏振仪的工作原理是通过起偏器和检偏器，找出起偏器、补偿器和检偏器的一组方位角(P、C、A)，使入射到探测器上的光强最小。从而由这组消光角得出椭偏参量Y和D。

 

PCSA消光式椭圆偏振仪结构图

 

消光式椭圆偏振仪实际上测量的是角度而不是光通量，光源的不稳定性和探测器的非线性所产生的误差较小。早期的消光式椭圆偏振仪直接用人眼作为探测器，由于人眼对光的“零”信号非常敏感，使得消光式椭圆偏振仪的精度可以达到亚纳米量级。为了实现其自动化，逐渐采用光电倍增管等光电式探测器。

把光弹调制器引入到PCSA结构的消光式椭圆偏振仪中，研制出了相位调制的消光式椭圆偏振仪。椭圆偏振仪将偏振器和光弹性调制器固定在一起，并使偏振器的快轴和光弹性调制光轴之间的夹角为45°，使用消色差的l/4波片作为补偿器，波片的方位角为45°或-45°。通过测量起偏器和检偏器的方位角得出系统的椭偏参量。

由于消光椭圆偏振仪的测量精度主要取决于偏振器件的定位精度，因此产生系统误差因素较少。但在测量时，需要读取或计算偏振器件的方位角，这会影响测量速度。所以消光式椭圆偏振仪主要用于对测量速度要求不高的场合，例如高校实验室。而在工业上主要使用的是光度式椭圆偏振仪。

（2）光度式椭圆偏振仪

光度椭圆偏振仪的原理是对探测器接收到的光强进行傅里叶分析，光度椭圆偏振仪的原理是对探测器接收到的光强进行傅立叶分析，然后从傅里叶系数推导出椭偏参量。光度椭圆偏振仪主要分为旋转偏振装置椭圆偏振仪和相位调制椭圆偏振仪（PME）。第一台自动光度式椭圆偏振仪是由Kent和Lawson设计的旋转检偏器型椭圆偏振仪。旋转偏振器件型椭圆偏振仪的缺点是：旋转部件造成系统不稳定，方位角偏差。因此其测量精度不高。PME系统中，起偏器和检偏器固定于某一方位角，入射光的偏振态由调制器调制，调制频率与调制器的频率一样。优点是调制器调制频率较高，可以达到几十千赫兹，光学元件不需转动；缺点是调制器容易受到温度的影响。光度式椭圆偏振仪测量速度比消光式椭圆偏振仪快，特别适合用于实时测量等工业应用领域。

 

相位调制型椭圆偏振仪（PME）结构图