6
橢圓偏振儀揭秘薄膜微觀世界
橢圓偏振儀作為現(xiàn)代材料表征的重要工具，通過光與物質(zhì)的相互作用，為薄膜厚度和光學常數(shù)的精確測量提供了特殊的解決方案。這種非破壞性測量技術(shù)能夠解析納米級薄膜的特性，在半導體、光學鍍膜和材料科學研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
橢圓偏振測量的核心原理基于偏振光與薄膜樣品相互作用后偏振狀態(tài)的改變。當一束已知偏振狀態(tài)的單色光以特定角度入射到樣品表面時，會經(jīng)歷反射和折射過程。薄膜-基底系統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)會改變光的振幅和相位，這種改變可以通過橢偏參數(shù)Ψ和Δ來量化描述。
現(xiàn)代橢圓偏振儀采用旋轉(zhuǎn)分析器或光彈性調(diào)制器設(shè)計，能夠精確測量反射光的偏振狀態(tài)變化。儀器通常配備自動角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以在多個入射角度下進行測量，提高數(shù)據(jù)可靠性。對于透明和半透明薄膜，橢偏儀可以同時測定厚度和折射率，精度分別達到0.1nm和0.001。
數(shù)據(jù)分析是橢圓偏振測量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過建立適當?shù)墓鈱W模型，將實驗測得的橢偏參數(shù)與理論計算值進行擬合，可以反演出薄膜的厚度和光學常數(shù)。現(xiàn)代橢偏儀配備先進的建模軟件，能夠處理多層膜系、各向異性材料等復雜情況。對于吸收性薄膜，還可以獲得消光系數(shù)等光學常數(shù)。
橢圓偏振技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴展。在半導體工業(yè)中，用于監(jiān)測氧化層厚度和工藝質(zhì)量；在光學鍍膜領(lǐng)域，用于優(yōu)化膜系設(shè)計；在生物傳感研究中，用于實時監(jiān)測分子吸附過程。隨著技術(shù)的發(fā)展，橢偏儀正朝著快速測量、寬光譜范圍和顯微成像等方向發(fā)展，為材料科學研究提供更強大的表征工具。