薄膜折射率的测量研究+文献综述(4)
根据工作原理，椭偏仪主要分为消光式和光度式两类。在普通椭偏仪的基础上，又发展了椭偏光谱仪、红外椭偏光谱仪、成像椭偏仪和广义椭偏仪。典型的消光式椭偏仪它包括光源、起偏器P、补偿器C、检偏器A和探测器。
消光式椭偏仪通过旋转起偏器和检偏器，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，由这组消光角得出椭偏参量Ψ和Δ；消光式椭偏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导致的误差较小。早期的消光式椭偏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，使得消光式椭偏仪的精度可以达到亚纳米量级。消光式椭偏仪的测量精度主要取决于偏振器件的定位精度，系统误差因素较少，但测量时需读取或计算偏振器件的方位角，影响了测量速度。所以消光式椭偏仪主要适用于对测量速度没有太高要求的场合，例如高校实验室。而在工业应用上主要使用的是光度式椭偏仪[23]。
光度椭偏仪对探测器接收到的光强进行傅里叶分析，再从傅里叶系数推导得出椭偏参量。光度式椭偏仪主要分为旋转偏振器件型椭偏仪和相位调制型椭偏仪(phase -modulated ellipsometer，PME)。其中旋转偏振器件型椭偏仪包括旋转起偏器型椭偏仪(rotating-polarizer ellipsometer，RPE)、旋转补偿器型椭偏仪(rotating-compensator ellipsomter，RCE)和旋转检偏器型椭偏仪(rotating -analyzer ellipsometer，RAE)。光度式椭偏仪不需测量偏振器件的方位角，便可直接对探测器接收的光强信号进行傅里叶分析，所以测量速度比消光式椭偏仪快，特别适用于在线检测和实时测量等工业应用领域。但现阶段所能提供的探测器的非线性效应以及光源的不稳定性，将增大光度式椭偏仪的系统误差[23]。
目前，国外的椭偏仪己商品化和小型化，自动化程度高，既可实现快速的在线测量，也有光谱型的椭偏仪。这些椭偏仪的功能在扩大，精度也在提高。波长范围己包括可见、紫外、红外。光束束斑已可做到20μｍ以下，时间分辨率已达lms甚至1μs，并发展了多通道检测技术系实时测量等技术和大量相应的软件，研究了提高空间分辨率、观测表面膜层的空间图像等等。其典型的产品有在国际市场上占主导地位的美国的瓦拉姆(J. A. Woollam)公司的属于多波长回转检偏器(RAE)型的M-44/M-88型（图6）椭偏仪和变角度光谱椭偏仪(VASE)系列（图7）椭偏仪;法国的若屏-伊洪(Jobin-Yvon)公司的UVISEL超快光谱椭偏仪，这是一种位相调制型光谱椭偏仪;法国的索泼拉(SOPRA)公司的ES4G光谱椭偏仪;美国Rudolph Research公司的463 Ellipsometer和SE，其中Woollam、法国Jobin一Yvon和Sopra公司都推出了VASE FTIR型光谱椭偏仪，由于配置有一台FTIR(Fourier Transform Infra-Red)光谱仪，使椭偏测量光谱范围扩展到2～12μm(相当于850～4000/cm)。
国内的椭偏测量术最早始于20世纪70年代初[24]，70年代末和80年代有TP-77型椭偏仪（He-Ne激光单波长消光式椭偏仪）出售，1982年莫教授等又研制成波长范围为260～860nm的旋转检偏器式波长扫描光度法椭偏仪（TPP-1型）；1987年实现了He—Ne激光光源椭偏仪的自动化，1989年实现了椭偏光谱仪的自动化，1992年进一步提高了自动化程度及测量精度，并采用了快速变换入射角系统；1993年复旦大学又成功研制出全自动椭偏光谱仪[25～28]。也有大学进行过椭偏光谱仪器研制和试产，但能形成批量生产的只有杭州光仪厂的WZJ型手动椭偏仪、华南师范大学生产的HST-1型智能椭偏仪和复旦大学的自动椭偏光谱仪 [29,30]。
2 椭偏法的测量原理