1、橢圓偏振光法測(cè)SiO2膜厚度和折射率實(shí)驗(yàn)十三1橢圓偏振光法測(cè)SiO2膜厚度和折射率 實(shí)驗(yàn)概述 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)步驟 數(shù)據(jù)處理 實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)2橢圓偏振測(cè)量術(shù)在物理，化學(xué)，電子，生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域中均有應(yīng)用，是一種應(yīng)用前景廣闊的測(cè)試分析方法偏振光是光波振動(dòng)方向完全有規(guī)則的光.振動(dòng)完全在一個(gè)平面內(nèi)的稱(chēng)作線(xiàn)性偏振光;兩個(gè)互相垂直的振動(dòng)合成產(chǎn)生橢圓或圓偏振光.本實(shí)驗(yàn)采用橢圓偏振光測(cè)量法中的消光法測(cè)量 膜的厚度和折射率，要求掌握其原理和方法實(shí)驗(yàn)概述3實(shí)驗(yàn)原理一：反射比測(cè)量原理規(guī)定平行和垂直入射面的偏振光為p波和s波.選用P-S參考系描述偏振光的偏振態(tài)及偏振態(tài)的變化.用 , , , 分別表示入射光中P

2、,S兩分量的幅度和相位;用 分別表示反射光中P,S兩分量的幅度和相位. 因此P,S波的反射比可以表示為,見(jiàn)下頁(yè).4平行分量的反射比垂直分量的反射比引入橢偏參數(shù)、 ，令其中5由光與物質(zhì)的相互作用可以推導(dǎo)出 與 等參數(shù)的關(guān)系.相關(guān)的推導(dǎo)過(guò)程可以參考課本116-118頁(yè).這里只給出結(jié)果:若 , 已知,只要測(cè)出 ,透明薄膜的厚度d和折射率就可唯一的被確定6二：消光橢偏儀的工作原理1.消光的基本思想：上面原理中要測(cè)量的數(shù)據(jù)很多，一一測(cè)量很麻煩，因此經(jīng)過(guò)分析我們可以采用下面的方法：獲得等幅且P,S相位差可調(diào)的入射橢偏光，以使反射光變?yōu)榫€(xiàn)偏振光，實(shí)現(xiàn)消光測(cè)量，而得到而這些在光學(xué)設(shè)計(jì)上是能辦到的2.光路圖及兩

3、種消光下的值下頁(yè).7三.消光橢偏儀光路圖 氦氫激光器充當(dāng)光源它發(fā)出的光經(jīng)過(guò)起偏器和1/4波片變?yōu)榈确鶛E偏光，經(jīng)樣片反射后的仍為橢偏光，調(diào)節(jié)起偏器方位角可使反射光變?yōu)榫€(xiàn)偏振光Er，然后再調(diào)節(jié)檢偏器方位角使光軸與Er垂直而消光為使消光精確還需要用到光電倍增管，其調(diào)節(jié)方法在實(shí)驗(yàn)步驟中有詳細(xì)說(shuō)明可見(jiàn)1/4波片是關(guān)鍵的光學(xué)元件，它的介紹見(jiàn)課本119-120頁(yè)8波片:是關(guān)鍵的光學(xué)元件,在本實(shí)驗(yàn)中利用它得到等幅且P,S相差可調(diào)的入射橢偏光,使的總能在膜系相位變化 的基礎(chǔ)上給予足夠的補(bǔ)償,從而使反射光變?yōu)榫€(xiàn)偏振光.詳細(xì)請(qǐng)參考119-120頁(yè).消光下的 ,值見(jiàn)121-13.23 ,13.24式通常我們用計(jì)算機(jī)算

4、得的數(shù)據(jù)制作等n值曲線(xiàn)和一定n值下的d值數(shù)據(jù)表然后根據(jù)測(cè)得的P 和 A查曲線(xiàn)得n,再查表得d.薄膜的真正厚度 和d之間的關(guān)系為為薄膜厚度周期91. 激光電源 2. P值讀數(shù)窗 3. 起偏器P手輪 4. A值讀數(shù)窗 5. 檢偏器A手輪 6. 觀(guān)察窗 7. 目視手輪 8. 樣品臺(tái)調(diào)節(jié)按扭 9. 樣品臺(tái)升降旋紐 10. 1/4波片 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)10L 氦氖激光器 P 起偏器Q 1/4波長(zhǎng)片 S 樣品 A 檢偏振器 D 光電倍增管1. 激光電源 2. He-Ne激光器 3. 入射管 4. 起偏器度盤(pán) 5. 讀數(shù)窗 6. 1/4波片 7 .金屬度盤(pán) 8. 檢偏器度盤(pán) 9. 讀數(shù)窗 10.反射管 11. 觀(guān)察

5、窗 12.反射鏡旋鈕 13.光電倍增管 14.樣品臺(tái) 11一.開(kāi)電源1. 開(kāi)啟激光電源開(kāi)關(guān)2.將電器箱的倍率旋鈕置于10-1，電壓旋鈕置于600V，“調(diào)零測(cè)量開(kāi)關(guān)置于“調(diào)零”位置，開(kāi)啟電器箱電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱2分鐘，調(diào)整調(diào)零旋鈕使微安表指針指零。二.準(zhǔn)備工作1.用鑷子夾酒精棉球擦凈硅片，再放在樣品臺(tái)上；2.目視手輪旋至目視位置；3.調(diào)節(jié)樣品臺(tái)旋鈕，使反射光點(diǎn)進(jìn)入反射筒光欄，且能在觀(guān)察窗內(nèi)看到光點(diǎn)。此時(shí)檢流計(jì)光電流最大。 實(shí)驗(yàn)步驟12三.消光和讀數(shù)1.來(lái)回旋轉(zhuǎn)起偏器P，使觀(guān)察窗內(nèi)的光點(diǎn)亮度最小（初步消光）；2.將電器箱的“調(diào)零一測(cè)量”開(kāi)關(guān)置于“測(cè)量”位置。3.將目視手輪轉(zhuǎn)至“光電倍增”位置。4.交替調(diào)起偏器、檢偏器手輪P和A，使微安表指針指示最小，直到完全消光(可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)電器箱倍率和電壓量程)；5.在讀數(shù)窗口讀取左P1值和右A1的數(shù)據(jù)，并記錄；6.轉(zhuǎn)動(dòng)目視手輪至目視位置；7.轉(zhuǎn)動(dòng)P到P190 o ，P90 o則十90 o，P90 o則90 o；轉(zhuǎn)動(dòng)A到180 oA1；重復(fù)3、4，記錄P2值和A2值。13 數(shù)據(jù)處理執(zhí)行NDAP程序： C:FORNDAP（參考實(shí)驗(yàn)十九） 14實(shí)