椭偏技术国内外研究现状

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椭偏技术的研究进展椭偏仪理论和第一套实验装置由Drude于1887年提出并建立，当时他已成功地测量了十八种金属的光学参量。 1945年，Rothen首次使用“Ellipsometer”（椭偏仪）一词来表示研究测量薄膜的光学性能（折射率，厚度等）。此后，椭偏仪在薄膜测量领域被普遍应用[8]。20世纪60年代由电机驱动和由电光效应原理研制出的两种自消光椭偏仪成为主流。Jasperson于六十年代末在偏振调制的理论基础上研制出自动椭偏仪，同年spanier和cahan第一次对自动旋转检偏器式的椭偏仪进行报道。20世纪70年代的椭偏仪到一个更高的水平。贝尔实验室的Aspnes于1975年设计了一款智能化的旋转检偏器自动椭偏仪，该仪器结合了计算机，根据光栅单色仪[9]可以产生变化波长的原理设计而成，波长范围在220〜720纳米，，完成了不同波长下固体材料的光学特性测量，从而打开了光谱椭偏测量（SE）的历史。接着RwStobie等人发明了波长从紫外或可见光区域到红外范围内发展的红外自动椭偏仪（2.5〜4.5微米）。 1981年红外自动椭偏仪的测量波段扩大到2.5〜50微米，1993年达到了300微米。全自动光度型椭偏仪经过技术积累和准备后于90年代初作为一种商品在世界市科技场上销售[10]。68001

根据椭偏仪的工作原理，它主要分为两类：光度式和补偿式（消光式）。光度椭偏仪是对随着检偏器方位连续旋转而产生反射光变化的光通量进行傅里叶分析，再然后利用傅里叶系数得出椭偏参量和。它一般分两种：相位调制椭偏仪与旋转椭偏器件椭偏仪。光度式椭偏仪与补偿式偏振仪不同，它可以直接对检偏器接收的光强进行傅里叶分析而不用测量偏振器的方位角，所以消光式的测量速度非常快，它可以用于实时、在线测量或其他工业测试领域[8]。但目前阶段该系统的非线性与光检测器的不稳定性会影响测量精度，这个问题在目前还未能很好地解决。补偿式椭偏仪一般由四分之一波片、起偏器、探测器、检偏器和光源五部分组成。起偏器和检偏器在旋转的时候，会有一组方位角（起偏器，四分之一玻片，检偏器）使探测器上的光通量最少，根据这组方位角，便可确定椭圆参量和。由于测的是角度，因此探测器的非线性与光源的不稳定性几乎不影响测量精确度。对光超敏感的人眼作为补偿式椭偏仪早期的探测器就可使其精度达到亚纳米级可以说明偏振器件的精度影响测量结果，系统误差所占的因素较少，补偿式椭偏仪具有较高的测量精确度。但它在测量时需花费大量时间读取数据从而影响整体测量速度。因此，这种椭偏仪不适合工业测量，主要用于大学实验室等对测量速度要求不高的场合。论文网

1.2椭偏技术的最新研究

椭偏仪目前在国外趋向于小型化和商业化，自动化程度越来越高，已经实现了在线快速测量，光谱型椭偏仪也已大量投入生产。随着科技革新，椭偏仪功能在不断增加的同时精度也在不断提高。光谱型椭偏仪的波长范围已经覆盖紫外光、可见光、红外光，光点已经可以聚集到20微米以下，时间精度已达1毫秒甚至1微秒。这种科学突破带动了多通道检测技术和相应软件的发展，也提供了如何提高空间分辨率与观测表面层的空间图像等研究方向。图1.2.1和图1.2.2分别是多波长回转检偏器型的M-44型椭偏仪与变角度光谱椭偏仪系列椭偏仪的基本结构，这两种类型的椭偏仪都是由美国Woollam公司生产制造，目前畅销国际市场；ES4G光谱椭偏仪由法国Sopra公司生产；UVISEL超快光谱椭偏仪由法国Jobin一Yvon公司生产，它属于位相调制型的光谱椭偏仪；另外，由美国Rudolph Research公司生产制造的SE和463椭偏仪，其中Jobin一Yvon、Woollam、Sopra和公司分别推出了一种光谱范围扩大到2～12微米(相当于850～4000/厘米)新型仪器——VASE FTIR(Fourier Transform Infra-Red)型光谱椭偏仪。