用椭偏法侧膜厚与折射率实验报告

《用椭偏法侧膜厚与折射率实验报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、用椭偏法侧膜厚与折射率实验报告实验者：郑立强所在班级：应科院电科07-1学号：0707010121指导教师：焦隆斌完成实验日期：09.10.22摘要随着半导体和大规模集成电路工艺的飞速发展，薄膜技术的应用也越加广泛。因此，精确地测量薄膜的厚度与其光学常熟就是一种重要的物理测量技术。在此次实验中，我们将采用椭圆偏振法，椭圆偏振法广泛的应用在光学、材料、生物、医学等各个领域。而对于在测量薄膜厚度的同时，也可以完成对折射率的测量。关键词：椭圆偏振法薄膜AbstractWiththesemiconduc

2、torandlagerscaleICtechnologydeveloped,Theusesoffilmtechnologyhasbecamemoreandmorewidely.Someasurethethicknessandopticalparametersofthefilmhasbecameaimportantmeasurement.Inthisexperiment,wewillusetheellipsometry,Ellipsometryiswidelyusedonoptical,mater

3、ials,biology,medicalandsoon.Atthesametimewebothcanmeasurethethicknessalsomeasuretherefractiveofthefilm.KeyWords:EllipsometryFilm一.实验原理椭圆偏振法是利用椭圆偏振光入射到样品表面，观察反射光的偏振状态的变化，进而得出样品表面的厚度和折射率。激光器发出的激光束为单色自然光，经过起偏器P变成线偏振光，其振动方向由起偏器方位角决定，转动起偏器，可以改变线偏振光的振动方向，线

4、偏振光经1/4波片后，由于双折射现象，寻常光和非寻常光产生π/2的相位差，两者振动方向相互垂直，变为椭圆偏振光，其长、短轴沿着1/4波片的快慢轴。椭圆形状由起偏器决定。椭圆偏振光以一定的角度入射到样品表面，反射后偏振光发生改变，从物理光学原理可知道，这种改变与样品表面膜厚度是有关系的。因而可以根据反射光的特征来确定膜层的厚度和折射率。当一束光以一定的入射角射到一个薄膜系统的表面时，光要在多层介质膜的交界面发生多次反射和折射。反射束的振幅和位相变化与薄膜的厚度和折射率有关。如果入射束采用椭圆偏振光

5、，例如把激光器发出的单色光变成椭圆偏振光投射到样品表面，则只要观测反射偏振光状态的变化（包括振幅和位相），就可以定出膜层的厚度和折射率。设在硅片表面上复盖均匀透明的同性薄膜系统，如下图所示，Φ0为入射角，Φ1和Φ2为薄膜和衬底的折射角，no为空气折射率，n1为薄膜折射率，n2为衬底折射率。入射光在两个界面来回反射和折射，总反射光由多光束合成。把光的电矢量和磁矢量各分为两个分量，把光波在入射面上的分量称为P波，垂直入射面的称S波。由菲涅尔反射公式，可以给出P波和S波的振幅反射系数（rP,rS）。对

6、空气一薄膜界面(I)：根据折射定律，Φ1和Φ0应满足下面关系：对薄膜硅衬底界面（II），同理有如上述确定的关系式。进而可以算出，任意两相邻反射光间的光程差：由此光程差引起的相邻两级反射光的位相差为2δ，则：由于薄膜上下表面对光多次反射和折射，我们在空气中看到的是多次反射光相干叠加的结果。引入P波、S波的总振幅反射系数：根据多光束干涉理论，我们可以求得总振幅反射系数：定义Ψ，△两个参数：Ψ和△具有角度的量纲，称为椭偏角。tgΨ表征反射光对入射光相对振幅的变化，称为振幅衰减比或相对振幅衰减。△表征经

7、过整个薄膜系统后，P波和S波的位相移动之差，△P和△S表示P波和S波各自的位相移动值，θP和θS表示P波S波的位相。用G表示反射系数比。此式称为椭圆偏振方程，它表示薄膜厚度d和折射率n；与光偏振状态的变化（Ψ，△）之间的关系。薄膜厚度和折射率的测量归结为反射系数比的测量。椭偏法测量薄膜厚度和折射率的基本原理就是由实验测得Ψ和△，再由以上关系定出薄膜厚度d和折射率n1。Ψ，△两个参数定义式包含多个物理量，测量比较复杂。为了使问题简化，通常把实验条件作某些限制：(1)使入射光为等幅椭圆偏振光，P波和

8、S波振幅相等。这样，Ψ只与反射光的振幅比有关，可从检偏器方位角算出。(2)使反射光为线偏振光，即反射光P波和S波的位相差。这样△只与入射光的P波，S波的位相差有关，可从起偏器方位角算出。二.实验仪器在此次实验中，我们采用了“WJZ型多功能激光椭圆偏振仪”，其基本组成部件有：氦氖激光器；分光计；黑色反光玻璃镜和薄膜样品；起偏器；检偏器。WJZ型多功能激光椭圆偏振仪图三.实验内容(一).调整仪器1.调整分光机2.调整水平盘3.调整光路4.调节与固定检偏器读书头的位置1.调节与固定检检器读书头的位置2