文档介绍：用椭圆偏振仪测量薄膜厚度
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教学目的与要求
（1）了解薄膜的厚度测量的基本原理。
（2）利用椭圆偏振光消光法，测定透明薄膜的厚度。
教学重点、难点：
  本节课教学重点：测量薄膜厚度。
  本节课教用椭圆偏振仪测量薄膜厚度
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教学目的与要求
（1）了解薄膜的厚度测量的基本原理。
（2）利用椭圆偏振光消光法，测定透明薄膜的厚度。
教学重点、难点：
  本节课教学重点：测量薄膜厚度。
  本节课教学难点：实现椭圆偏振光消光。
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实验原理
有一束自然光通过起偏器后，变成了线偏振光，再经过一个 波片，变成了椭圆偏振光。这样的椭圆偏振光入射到待测的薄膜表面上时，反射光的偏振状态发生了变化。我们测量这种变化，就可以计算出待测薄膜的厚度。
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椭偏方程与薄膜折射率和厚度的测量
 图1所示为一光学均匀和各向同性的单层介质膜，它有两个平行的界面。通常，上部是折射率为n1的空气(或真空)．中间是一层厚度为d折射率为n2的介质薄膜，下层是折射率为n3的衬底，介质薄膜均匀地附在衬底上，当一束光射到膜面上时，在界面1和界面2上形成多次反射和折射，并且各反射光和折射光分别产生多光束干涉．其干涉结果反映了膜的光学特性。
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设φ1表示光的入射角，φ2和φ3分别为在界面1和2上的折射角．根据折射定律有
n1sinφ1=n2sinφ2＝n3sinφ3
光波的电矢量可以分解成在入射面内振动的P分量和垂直于入射面振动的s分量．若用Eip和Eis分别代表入射光的p和s分量，用Erp及Ers分别代表各束反射光K0，K1，K2，…中电矢量的p分量之和及s分量之和，则膜对两个量的总反射系数Rp和Rs定义为
RP＝Erp/Eip , Rs=Ers/Eis
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r1p或r1s和r2p或r2s分别为p或s分量在界面1和界面2上一次反射的反射系数．2δ为任意相邻两束反射光之间的位相差．根据电磁场的麦克斯韦方程和边界条件，可以证明
r1p=tan(φ1-φ2)/ tan(φ1+φ2), r1s =-sin (φ1-φ2)/ sin(φ1+φ2)；
r2p=tan(φ2-φ3)/tan(φ2+φ3), r2s =-sin (φ2-φ3)/ sin(φ2+φ3)
即著名的菲涅尔（Fresnel）反射系数公式．
如果能从实验中测出ψ和Δ的值，原则上就可以算出薄膜的折射率n2和厚度d．这就是椭圆偏振法测量的基本原理
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实验仪器
椭圆偏振仪
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实验内容
（1）接通激光电源和硅光电池电源，在样品台上放好被测样品，将手轮转至“目视”位置，从观察窗看光束，调节平台高度调节钮，使观察窗中的光点最亮最圆。
（2）调节好样品态后，转动起偏器刻度盘手轮，目测光强变化，当光强最小时，起偏器位置保持不动。
（3）转动检偏器刻度盘手轮，目测光强变化，当光强最小时，检偏器位置保持不动。
（4）此时将观察窗盖严，然后将转镜手轮转到光电接收位置，观察放大器指示表（10-11），反复交替微调起偏器、检偏器手轮，使表的示值最小（对应消光）。
（5）从起偏器刻度盘及游标盘上读出起偏器方位角P，从检偏器刻度盘及游标盘上读出检偏方位角A。
（6）重复以上3, 4, 5步骤，测出另一组消光位置的方位角读数。
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数据处理
将两组（P, A）换算，求平均值，方法如下：
（1）区分（P1, A1）和（P2, A2），当其中一组的A符合 0≤A≤90条件，这一组被认定为（P1, A1），另一组则为（P2, A2）。
（2）把（P2, A2）换算成（P2’, A2’）
（3）把（P1, A1）与（P2’, A2’）求平均值
（4）利用配套软件，填入（P, A）值，得到待测薄膜的厚度
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注意事项
（1）不允许用强激光或其他光照射硅光电池，必须先用目视法充分消光后，才能进行测量；
（2）由于样品表面的反射，在光屏上有时可能出现两个光点，调节消光时，有明暗变化的应为主光点，副光点可以不管。
（3） 波片一般情况下不允许转动，以免造成测量误差。
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椭圆偏振仪
椭偏仪，是一种用于探测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构光学测量设备。由于并不与样品接触，对样品没有破坏且不需要真空，使得椭偏仪成为一种极具吸引力的测量设备。
椭偏仪可测的材料包括：半导体、电介质、聚合物、有机物、金属、多层膜物质…
椭偏仪涉及领域有：半导体、通讯、数据