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关于HORIBA堀场椭圆偏振光谱仪技术&常见问题答疑

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椭圆偏振光谱仪:基本概念

什么是椭偏光谱法(非数字描述)?

椭圆偏振光谱是一种无损无接触的光学测量技术,基于测量线偏振光经过薄膜样品反射后偏振状态发生的改变,通过模型拟合后得到薄膜、界面和表面粗糙层的厚度以及光学性质等等,可测厚度范围为几埃至几十微米。而且,椭圆偏振光谱既能够实现在线监测又能进行原位测试,可根据各类不同的应用需要提供静态和动态测量模式,应用非常广泛。

什么是椭圆偏振光谱 (数字描述)?

椭圆偏振光谱仪可以测量椭偏角ψ 和 Δ 这两个可以描述线偏振光经过薄膜反射后的椭圆偏振光的状态变化的参数。ψ 和Δ 与菲涅尔反射系数相关,满足方程ρ=tanψeiΔ= rp/rs 。

测量得到ψ 和Δ 后,必须建立一个薄膜的模型来确定厚度或者光学常数。

测量技术

如何确定使用哪个入射角度?

通常,一个角度可以满足大多数应用的需求。如果样品非常薄,应该选择接近基底布儒断特角的角度系试,从而获得*好的灵敏度和准确性。对于其他大多数样品,将入射角没为70(接近硅基底的布儒断特角)就足够了,不需要考虑基庄的布偶斯特角。


什么时候需要多个入射角?

一般来说。采用一个反射角就可以满足大多数应用的需求。如果样品非常复杂(多层、渐变、不均匀或者较厚),建议使用2 或3个入射角,这样可以获得大量数据从而减少参数间的关联性影响,有助于更好地确定未知参数(厚度、光字性质、渐变性、非均一性等)。



椭圆偏振光谱能够测试在液体环境或者固液界面的样品吗?

可以。椭圆偏振光谱能够测试在液体环稳中或者固液界面的样品。我们提供了多种液体附件来测试这类样品。



怎样处理背反射?

背反射可以在测试前机械阻挡或者测试后采用数学方法处理。测试前,将样品背面粗糙化或者挡住背反射的光线,也可以选用较小的光斑使得**次反射的光与背反射分离,不收集背反射信号。如果没有去除背反射,测试结果中就包含了背反射信号,这就需要在拟合过程中考虑此因素。
HORIBA的 DeltaPsi 2专业软件可以很容易在拟合过程中考虑背反射的影响,从而在有反射的情况下得到准确结果。


椭圆偏振光谱仪可以测试透射率/反射率吗?

可以。如果您将系统的手动或者自动量角器调整到 90°,可以用椭圆偏振光谱仪测试垂直入射时的透射率或者倾斜时的反射率。如果系统入射角是困定的,您只能测试该角度的反射率,或者采用透射附件得透射率。假如,您需要测试接近90°的反射率,我们可以提供反射模块案完成。


可以不购买反射附件来测试反射率吗?

可以。通常您能测试45°-75°间任何角度的反射率数据,而无法测试接近0*的反射率。如现使用反射附件,就可以对接近 O°的反射率进行表征了。

可以对样品成像吗?

可以。配置对XY自动平台,可以对样品结果成像。DeltaPsi2专业软件能够提供厚度和光学性质的2D及3D成像结果。



椭圆偏振光谱仪有哪些附件? 它们的用途是什么?

HORBA为不同类型的测试提供了多类附件。例如:

  • 温度控制台可以研究材料的光学性质随温度的变化规律
  • 旋转角度样品台可以很容易地测试各向异性的样品
  • 密封附件可以测试真空环境中的样品                   


数据分析

如何判断结果的好坏?

可根据几个不同的标准来判断结果的好环。检查χ2 的值来确定模型拟合的好坏,然后通过拟合图形,直观上比较实测数据和拟合数据、检查拟合结果是合理、是否具有正确的物理意义、查看拟合结果的误差范围和相关矩阵,如果误差很大或者矩阵表现出很强的相关性(矩阵元素接近±1),这个模型可能有问题。另一个判断标准是对拟合算法进行快速收敛,可以显示拟命结果是否**。




什么样的 χ2值是好的 ?

一般来说,对于简单的单层薄膜, χ2 的值在1左右就足够好了,如果样品更加复杂, χ2 的值会增加,只要其他结果符合物理意义,此类样品的 χ2 值达到10或者更高也没有问题。需要注意的是即使 χ2 值很小,结果也可能不正确,必须对其他标准也进行检查确认。

如果发现相关矩阵有很强相关性应该怎么办?

如果发现结果有很强相关性,应该添加额外的数据修正,无论是在不同入射角度或者反射/透射条件下采集的数据均可。还应该检查哪一个参数是关联的,它们是否都需要同时拟合,如果不需要,可以固定某一个参数,使模型更加合理。

应该选择哪一个色散公式?

每一个色散公式都对应用于某一类材料。例如,Drude色散公式常用于金属薄模,洛伦兹色散公式常用于透明的或者弱吸收的薄膜,DeltaPsi 2软件中有一系列的色散公式,您还可以通过阅读我们网站上DeltaPsi 2的技术报告来了解更多色散公式的知识。

常用的色散公式有哪些?

*常用的色散公式包括用于透明或弱吸收的样品的 Cauchy和Lorentz(Classical) 公式,用于半透明材料的 amorphous,new amorphous 和Tauc-Lorentz 公式(介电材料、高分子、半导体可见/近紫外吸收),以及用于金属的 Drude公式。