TPY-2椭偏法测量薄膜厚度的实验研究(3)
在前人实验和发现的基础上，人们进一步从理论上研究光的偏振性并将光的偏振理论应用于生产实践。椭偏测量所依据的物理学基本原理正是光与物质表面或界面运动电荷相互作用时其偏振态变化的规律，为了研究其状态的变化，人们研制了专门用于测量光的偏振态的仪器即椭圆偏振仪，简称椭偏仪。
椭偏测量术分为反射椭偏测量法、透射椭偏测量法和散射椭偏测量法。反射椭偏测量法有两种测量方法:光度法和消光法，因此，反射式椭偏仪可以分成两大类:消光式椭偏仪和光度式椭偏仪。它们各有优缺点，消光式椭偏仪测量速度较慢，但是椭偏参数Ψ和Δ的值具有很高的测量精度，适合有精密测量。光度式椭偏仪受到光学器件的影响较大，测量精度不如消光式椭偏仪，但是测量速度快，可以用于表面和薄膜的快速变化的过程。
1.3.2 椭偏测量术的发展
随着人们对光的偏振性的不断加深，各国的研究者们相继开展椭偏方面的研究。
1901年，Drude在出版的书中描述了目前已知的第一部以人眼作探测器的椭偏装置。1945年，A.Rothen设计和描述了第一台椭圆偏振测量仪，并正式命名了“椭偏术”一词。20世纪60年代研制了马达驱动自动消光椭偏仪和利用电光效应的自消光椭偏仪，后来经过改进实现了与计算机相连进行数据处理。1969年，Jasperosn根据椭偏调制原理研制了自动椭偏仪。20世纪70年代，微型计算机的迅速发展给椭偏测量术的发展带来了新的生命力。椭偏术向更高层次发展，表现在(1)测定和研究更复杂的对象；(2)缩短测量时间，对快速过程实行实时测量；(3)从单波长测量向多波长的光谱测量发展。1975年，美国贝尔实验室的Aspnes利用光栅单色仪产生可变波长，测量了不同波长下固体材料的光学特性，由此揭开了椭圆偏振光谱学(SE)测量的序幕。1988年，Ferrieu等提出了一种旋转起偏器的椭偏仪(RPE)，1996年，Tachibana等利用相位调制反射吸收光谱仪，光栅偏振片和红外探测器组装了一台傅立叶变换红外位相调制椭偏光谱仪。而近几年发展起来的椭偏光学显微成像 是一种超薄膜及表面结构的显示技术，该系统采用扩展平行光束代替传统的窄光束，通过透镜成像系统在CCD摄像机上成像，CCD摄像机采集到的模拟信号由视频监视器显示，并进一步经过图像采集卡进行A/D变换成数字图像文件进入计算机。它将传统的光学椭偏术CCD摄像，计算机采样和图像处理技术相结合，不仅可以测量光波的幅值变化，而且对于相位引起的光波的位相变化具有极高的灵敏度，测量的薄膜厚度分辨率达0.1nm，横向分辨率可达µm量级，测量面积可达数㎝ ，且取样速度快。目前，国外的椭偏仪已商品化和小型化，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。波长范围已包括紫外、可见和红外，时间分辨率已达1msec甚至1usec，并发展了多通道检测技术及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象等。典型的产品有美国的瓦拉姆(Woo1lam)公司的M-44/M-88型属于多波长回转检偏器(RPE)型椭偏仪和变角度光谱椭偏仪(VASE)系列两类；法国若屏-伊洪(Jobin-Yvon)公司的UVISEL超快光谱椭偏仪；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，Gaertner Seientifie Corporation公司的Stocks椭偏仪，其中Woollam、法国Jobin-Yvon和Sopra公司都推出了VASEFTIR型光谱椭偏仪，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2-12 ；德国SENTECH公司的SE400型和SE500型椭偏仪和SE85O型光谱仪；德国的NFT公司最近推出的新一代EP3椭圆偏振成相系统；英国的Aquila公司NKD系列NKD7O00/8000系列薄膜分析系统；以及韩国Nano View公司的SEMF 1000和SEMDG 1000椭偏仪 。
下一篇：几种相位解包算法的研究+文献综述