橢偏儀測量薄膜厚度和折射率【引言】橢圓偏振測量（橢偏術(shù)）是研究兩媒質(zhì)界面或薄膜中發(fā)生的現(xiàn)象及其特性的一種光學(xué)方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射時(shí)出現(xiàn)的偏振變換。橢圓偏振測量的應(yīng)用范圍很廣，如半導(dǎo)體、光學(xué)掩膜、圓晶、金屬、介電薄膜、玻璃（或鍍膜）、激光反射鏡、大面積光學(xué)膜、有機(jī)薄膜等，也可用于介電、非晶半導(dǎo)體、聚合物薄膜、用于薄膜生長過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測等測量結(jié)合計(jì)算機(jī)后，具有可手動改變?nèi)肷浣嵌?、?shí)時(shí)測量、快速數(shù)據(jù)獲取等優(yōu)點(diǎn)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹空莆諜E偏儀的原理與操作方法；學(xué)會利用橢偏儀進(jìn)行相關(guān)物理量的測量?！緦?shí)驗(yàn)儀器】橢偏儀、待測樣品、電腦WJZ-II橢偏儀結(jié)構(gòu)如圖1所示：7、 望遠(yuǎn)鏡筒8、 半反目鏡97、 望遠(yuǎn)鏡筒8、 半反目鏡9、 光電探頭10、 信號線11、 分光計(jì)12、 數(shù)字式檢流計(jì)2、 平行光管3、 起偏器讀數(shù)頭（與6可換用）4、 1/4波片讀數(shù)頭5、 氧化鋯標(biāo)準(zhǔn)樣板6、 檢偏器讀數(shù)頭圖1半導(dǎo)體激光器出廠時(shí)已調(diào)好，應(yīng)滿足以下二點(diǎn)：（1）激光光斑在距激光器約45cm處最小，如發(fā)現(xiàn)偏離較遠(yuǎn)，可將激光器從其座中取出，調(diào)節(jié)其前端的會聚透鏡即可。（2）激光與平行光管共軸，如發(fā)現(xiàn)已破壞，請按第8頁〃光路調(diào)整”中所述方法進(jìn)行調(diào)整，一旦調(diào)好，輕易不要將其破壞。主要技術(shù)性能及規(guī)格測量透明薄膜厚度范圍0-300nm，折射率1.30-2.49。起偏器、檢偏器、1/4波片刻度范圍0°-360°,游標(biāo)讀數(shù)0.1°。測量精度：±2nm。入射角巾1=70°,K9玻璃折射率n=1.515。消光系數(shù)：0，空氣折射率1。*JGQ-250氦氖激光器波長入=632.8nm（用軟件處理數(shù)據(jù)時(shí)，該波長值已內(nèi)嵌，無須輸入）。*半導(dǎo)體激光器波長入=635nm（用軟件處理數(shù)據(jù)時(shí)，該波長值未內(nèi)嵌，須輸入，并需重新設(shè)置消光系數(shù)“0”）橢圓偏振儀的簡介：隨著科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展，橢偏儀的光路調(diào)節(jié)和測量數(shù)據(jù)的處理越來越完善快捷。這里介紹常用的手動型橢圓偏振測厚儀（TP-77型）和自動型橢圓偏振測厚儀（SGC-2型）。手動型橢圓偏振儀采用632.8nm波長的氦氖激光器作為單色光源，入射角和反射角均可在90度內(nèi)自由調(diào)節(jié)，樣品臺可繞縱軸轉(zhuǎn)動，其高度和水平可以調(diào)節(jié)，樣平臺可繞縱軸轉(zhuǎn)動，其高度和水平可以調(diào)節(jié)。檢偏器旁邊有一個(gè)觀察窗，窗下的旋鈕用以改變經(jīng)檢偏器出射的光或者射向光電倍增管。為了保護(hù)光電倍增管，該旋鈕的位置應(yīng)該經(jīng)常放在觀察窗位置。SGC-2型自動橢偏儀，其自動化程度高，光路調(diào)試完畢后只要裝上待測樣品，點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)上的相應(yīng)菜單，輸入相應(yīng)的參數(shù)，即可自動完成起偏器，檢偏器的調(diào)節(jié)，找出消光點(diǎn)，并直接給出待測樣品的d和n的值。該儀器也有會出（W，△）*,n2）曲線和（W，A）~（d，n2）表格的功能，測出中和A值后，可在曲線上或表中查出對應(yīng)的最佳的n2和d值。儀器還適用于測量厚度超過一個(gè)周期以上的薄膜樣品。測量方法是利用“雙角度”功能，設(shè)置好二次測量的角度，點(diǎn)擊菜單，就可以得出樣品的周期數(shù)以及樣品的總厚度值。對于厚度超過一個(gè)周期的薄膜，相應(yīng)的光程差引起的相位差超過了一個(gè)周期360度，這時(shí)所得的8數(shù)據(jù)應(yīng)該加上對應(yīng)的周期數(shù)，在計(jì)算d的值?！緦?shí)驗(yàn)原理】橢圓偏振測量（橢偏術(shù)）是研究光在兩媒質(zhì)界面發(fā)生的現(xiàn)象及介質(zhì)特性的一種光學(xué)方法，其原理是利用偏振光在界面反射或透射時(shí)發(fā)生的偏振態(tài)的改變。橢圓偏振測量的應(yīng)用范圍很廣，如研究半導(dǎo)體、光學(xué)掩膜、圓晶、金屬、介電薄膜、玻璃（或鍍膜）、激光反射鏡、大面積光學(xué)膜、有機(jī)薄膜等光學(xué)性質(zhì)，也可用于介電、非晶半導(dǎo)體、聚合物薄膜、用于薄膜生長過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測等測量。結(jié)合計(jì)算機(jī)后，具有可手動改變?nèi)肷浣嵌取?shí)時(shí)測量、快速數(shù)據(jù)獲取等優(yōu)點(diǎn)。光學(xué)材料鍍上各向同性的單層介質(zhì)膜后，介質(zhì)層的折射率為n1、n2、n3,中1為入射角，則在1、2介質(zhì)交界面1和2、3介質(zhì)交界面2會產(chǎn)生反射光和折射光的多光束干涉，如下圖：襯底m

這里我們用28表示相鄰兩分波的相位差，其中8=2ndn2cos中2/入，用rip、rls表示光線的p分量、s分量在界面1的振幅反射系數(shù)，用r2p、r2s表示光線的p分、s分量在界面2的振幅反射系數(shù)。由多光束干涉的復(fù)振幅計(jì)算可知:孔1 T2E%1+3*其中Eip和Eis分別代表入射光波電矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分別代表反射光波電矢量的p分量和s分量?，F(xiàn)將上述Eip、Eis、Erp、Ers四個(gè)量寫成一個(gè)量G，即：i&L我們定義G為反射系數(shù)比，它應(yīng)為一個(gè)復(fù)數(shù)，可用tgp和△表示它的模和幅角。上述公式的過程量轉(zhuǎn)換可由菲涅耳公式和折射公式給出：TOC\o"1-5"\h\z尸］「二(巧g COS(PY-COS 環(huán)2)f(毋上cos伊1 十毋1COS喝\ (4)孔r= (^3 3$猝衛(wèi)—招^ )K祥mcfs伊cos^p3) (5)h=COGW］一勺COS(p2)月］COG皿氣+威衛(wèi)匚庭昭J〔6)r2j=(無2CQS COS^3)/(?2COS職g+8S) (7)2S=4您由i2cos/Z (8)?21COS乾］=K2CC>S=授3COS伊3 (9)G是變量n1、n2、n3、d、入、中1的函數(shù)(中2、中3可用中1表示)，即p=tg-1G,△=arg|G|,稱W和△為橢偏參數(shù)，上述復(fù)數(shù)方程表示兩個(gè)等式方程：［tgpeiA］的實(shí)數(shù)部分=[Wf廠"上+誓*]的實(shí)數(shù)部分[tgpeiA]的虛數(shù)部分:1+"將81+氣件淄的虛數(shù)部分若能從實(shí)驗(yàn)測出W和△的話，理論上可以解出n2和d(n1、n3、入、中1已知)，根據(jù)公式(4)~(9),推導(dǎo)出W和△與r1p、r1s、r2p、r2s、和8的關(guān)系：

1+rirr+2r\pEcos2t5r\5+r』+2*/爵cos25i-r2p(l-r2iP)sin23 】 -乏「七)血23△=忍 9 9 tg 9 7 ⑴)rlp(1+r2P)+r2p(1+ri^)cos2(5上Q+r室)+r2j(l+rh)cos2^由上式經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算，可制作數(shù)表或計(jì)算程序。這就是橢偏儀測量薄膜的基本原理。若d是已知，n2為復(fù)數(shù)的話，也可求出n2的實(shí)部和虛部。那么，在實(shí)驗(yàn)中是如何測定W和△的呢？現(xiàn)用復(fù)數(shù)形式表示入射光和反射光:孩二|馬葉屁二屁嚴(yán)孩二|E*麻互二屁嚴(yán)由式(3)和(12),得：G=tg^A其中：Eyp/E"EG=tg^A其中：Eyp/E"E拓(用J-愿)-(總-瀏姑)}(13)/A_r{微曠尻JT席-境)}C—C(14)實(shí)驗(yàn)需測量四個(gè)量，即入射光的兩分量振幅比和相位差及反射光中的兩分量振幅比和相位差，若入射光為圓偏光(等幅橢圓偏振光),Eip/Eis=1,則tgp=|Erp/Ers|對于相位角，有：A=(療審-凡)-(外-晶)n白+外-凡=目孕-凡(⑸對于特定的膜，△是定值，若實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)整入射光兩分量的相位差Pip-Pis(入射光Pip-Pis連續(xù)可調(diào)，可從起偏器的方位角算出)，使反射光成線偏光，即Prp-prs=0或(n),則△=-(&[?-&[$)或△=n-(pip-pis)。實(shí)際檢測方法：等幅橢圓偏振光的獲得(實(shí)驗(yàn)光路如圖3)-線偏振光通過四分之一波片，使得具有士n/2相位差。-使入射光的振動平面和四分之一波片的光軸成45°。

圖3（反射光的檢測）將四分之一波片置于其快軸方向f與x方向的夾角a為n/2的方位，E0為通過起偏器后的電矢量，P為E0與x方向間的夾角。，通過四分之一波片后，E0沿快軸的分量與沿慢軸的分量比較，相位上超前n/2。在x軸、y軸上的分量為：E,=EfssG4一夏皿笊M二普E"海七修Ey=占，的&M cos昂4=芋奩礦此i"'由于x軸在入射面內(nèi)，而y軸與入射面垂直，故Ex就是Eip,Ey就是Eis。圖3由此可見，當(dāng)a=n/4時(shí)，入射光的兩分量的振幅均為E0顯，它們之間的相位差為2P-n/2，改變P的數(shù)值可得到相位差連續(xù)可變的等幅橢圓偏振光。這一結(jié)果寫成：nE.JE.=1 ,/?.-/?.=2P——平盤 】尸】J?r-aq【實(shí)驗(yàn)步驟】1、 用自準(zhǔn)直法調(diào)整好分光計(jì)（請參照J(rèn)JY1’分光計(jì)說明書，或本實(shí)驗(yàn)后的附錄），使望遠(yuǎn)鏡和平行光管共軸并與載物臺平行。2、 分光計(jì)度盤的調(diào)整：使游標(biāo)與刻度盤零線置適當(dāng)位置，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)不致無法讀數(shù)。3、光路調(diào)整。（1） 卸下望遠(yuǎn)鏡和平行光管的物鏡，在平行光管物鏡的位置旋上校光片A。（2） II型橢偏儀標(biāo)配半導(dǎo)體激光器（出廠時(shí)已較好其光軸），裝在平行光管外端，在平行光管另一端（原物鏡位置）旋上校光片A，此時(shí)如旋轉(zhuǎn)激光器，觀察光斑應(yīng)始終在黑圓框內(nèi)（見圖5）,如不在，說明激光器的共軸已破壞，則應(yīng)調(diào)整激光器在其座內(nèi)的位置，使其共軸，方法如下：圖4 圖5如圖4所示，半導(dǎo)體激光器被六顆調(diào)節(jié)螺釘固定在激光器座內(nèi)，把激光器及座置于平行光管外端，在平行光管內(nèi)端校光片A上可見激光光斑，當(dāng)激光器轉(zhuǎn)動時(shí)，其光斑位置也不停變化，適當(dāng)調(diào)節(jié)六顆螺釘，令光斑始終在黑圓框內(nèi)，然后緊固螺釘即可。由于激光器出廠時(shí)已調(diào)好共軸，如因特殊原因被破壞，應(yīng)由教師調(diào)好共軸，所以II型橢偏儀的光路調(diào)節(jié)大為簡化。（3） 將校光片A和B分別置于望遠(yuǎn)鏡光管內(nèi)外兩端（A和B因架子不同，只可分別裝于光管兩端），同理，光斑也應(yīng)同時(shí)在校光片A和B的圓框內(nèi)，如不在，說明平行光管與望遠(yuǎn)鏡的共軸未調(diào)整好，應(yīng)重新第1步的調(diào)整，使共軸。（4） 換下兩只校光片，換上半反目鏡，并在半反目鏡上套上光電探頭，通過信號線連接數(shù)字式檢流計(jì)，因目鏡內(nèi)裝有45°半反鏡片，既可從目鏡中觀察光斑，也可通過檢流計(jì)（使用方法詳見其說明書）確定光電流值。4、檢偏器讀數(shù)頭位置的調(diào)整與固定。

（1） 檢偏器讀數(shù)頭套在望遠(yuǎn)鏡筒上，90°讀數(shù)朝上，位置基本居中。（2） 將黑色反光鏡置于載物臺中央，將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過66°（與平行光管成114°夾角），使激光束按布儒斯特角（約57°）入射到黑色反光鏡表面并反射入望遠(yuǎn)鏡到達(dá)半反目鏡上成為一個(gè)圓點(diǎn)。（3） 轉(zhuǎn)動整個(gè)檢偏器讀數(shù)頭使調(diào)整與望遠(yuǎn)鏡筒的相對位置（此時(shí)檢偏器讀數(shù)應(yīng)保持90°不變），使半反目鏡內(nèi)的光點(diǎn)達(dá)到最暗，將此時(shí)檢偏器讀數(shù)頭的位置固定下來（擰緊三顆平頭螺釘）。（4） 適當(dāng)旋轉(zhuǎn)激光器在平行光管中的位置（旋轉(zhuǎn)角度為±90°），使目鏡中光點(diǎn)最暗（或檢流計(jì)值最?。缓蠊潭す馄?。5、 起偏器讀數(shù)頭位置的調(diào)整與固定。（1） 將起偏器讀數(shù)頭套在平行光管鏡筒上，先不要裝上1/4波片，0°讀數(shù)朝上，位置基本居中。（2） 取下黑色反光鏡，將望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)轉(zhuǎn)回原來位置，使起、檢偏器讀數(shù)頭共軸，并令激光束通過中心。（3） 調(diào)整起偏器讀數(shù)頭與鏡筒的相對位置（此時(shí)起偏器讀數(shù)應(yīng)保持,0°不變，即轉(zhuǎn)動整個(gè)讀書頭），找出最暗位置。此位置為起偏器讀數(shù)頭位置，并將三顆平頭螺釘擰緊。6、 1/4波片零位的調(diào)整。（1） 起偏器讀數(shù)保持0°，檢偏器讀數(shù)保持90°，此時(shí)白屏上的光點(diǎn)應(yīng)最暗（或檢流計(jì)值最?。?。（2） 1/4波片讀數(shù)頭（即內(nèi)刻度圈）對準(zhǔn)零位。7、1/4波片框的紅點(diǎn)（即快軸方向記號）向上，套在內(nèi)刻圈上，并微微轉(zhuǎn)動（注意不要帶動刻度圈）。使半反目鏡內(nèi)的光點(diǎn)達(dá)到最暗（或檢流計(jì)值最?。?，固緊1/4波片框上的柱頭螺釘，定此位置為1/4波片的零位。7、將儀器按照橢偏儀的調(diào)整中所述的方法調(diào)整好。、—?、上.（1） 將被測樣品，放在載物臺的中央，旋轉(zhuǎn)載物臺使達(dá)到預(yù)定的入射角70°，即望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過40°，并使反射光在目鏡上形成一亮點(diǎn)。（2） 為了盡量減少系統(tǒng)誤差，采用四點(diǎn)測量。先置1/4波片快軸于+45°，仔細(xì)調(diào)節(jié)檢偏器A和起偏器P，使目鏡內(nèi)的亮點(diǎn)最暗（或檢流計(jì)值旦?。?，記下A值和P值，這樣可以測得兩組消光位置數(shù)值。其中A值分別大于90°和小于90°，分別定為A1（>90°）和A1（<90°）,所對應(yīng)的P值為P1和P2。然后將1/4波片快軸轉(zhuǎn)到-45°，也可找到兩組消光位置數(shù)值，A值分別記為A3（>90°）和A4（<90°）,所對應(yīng)的P值為P3和P4。將測得的4組數(shù)據(jù)經(jīng)下列公式換算后取平均值，就得到所要求的A值和P值：(1)A-90°=AP=Pi （i）1 (1)(2)90°-A2=A⑵P2+90°=P⑵(3)A3-90°=A⑶270°-P=P3 (3)(4)90°-A二A4 (4)180°-P=P4 (4)A=[A⑴+A⑵+A⑶+A⑷]^4P=[P⑴+P⑵+P⑶+P⑷]^4注：上述公式公適用于A和P值在0-180°范圍的數(shù)值，若出現(xiàn)大于180°的數(shù)值時(shí)應(yīng)減去180°后再換算。根據(jù)測量得到的A和P值，分別在A值數(shù)表和P值數(shù)表的同一個(gè)縱、橫位置上找出一組與測算值近似的A和P值，就可對應(yīng)得出薄膜厚度d和折射率n。（數(shù)據(jù)處理建議使用儀器所配套的軟件，詳見軟件說明書）。8、橢偏儀數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序主要功能和使用方法。1、單入射測量無吸收的薄膜。（1） 程序的主窗體如圖6所示。首先在〃設(shè)定計(jì)算參數(shù)”框中選擇〃設(shè)定薄膜消光系數(shù)”，并輸入其值為0，這對應(yīng)的就是無吸收薄膜的情況。（2） 然后在〃測試條件”框中輸入入射波長、環(huán)境折射率、襯底折射率和消光系數(shù)。在程序數(shù)據(jù)庫中保存常用的光源及其入射波長，以及常用的襯底材料的折射率和消光系數(shù)，輸入時(shí)只需在“光源名稱”和“襯底名稱”下拉列表中選擇相應(yīng)的名稱，即可自動填入波長數(shù)值和折射率、消光系數(shù)數(shù)值。程序中已嵌入了氦氖激光的波長632.8nm，襯底為K9玻璃，折射率為1.515，消光系數(shù)為0。環(huán)境折射率這里取空氣的折射率1。由于無須雙入射角測量，所以只填入了第一入射角度為70度。（可以看到第二入射角文本框以及上面的“第二入射角測試結(jié)果”框是灰色不可用的）（3）然后在〃第一入射角測試結(jié)果”框中輸入測試結(jié)果A、P。其中0.3代表的是讀數(shù)誤差。（4） 然后在"繪圖范圍”框中輸入合適的作圖范圍。圖6所示的范圍表示將首先作出膜厚0nm、10nm、20nm直到200nm的一組“等膜厚”的線（藍(lán)色），然后作出折射率為1.1、1.2、1.3直到2.5的一組〃等折射率”的線（紅色）。作圖區(qū)域的放大倍數(shù)為1。消光系數(shù)的上下限被設(shè)置為灰色不可用。在設(shè)置完上述參數(shù)后單擊命令按鈕〃開始作圖”，這些參數(shù)就被輸入到程序中。同時(shí)在作圖區(qū)域標(biāo)出坐標(biāo)，其中X軸為橢偏參數(shù)m軸為橢偏參數(shù)W,如圖7所示。測試結(jié)果A、P換算為W和△后也被標(biāo)記在作圖區(qū)域中。在單入射角情況下，其位置始終位于作圖區(qū)域的中心。（在無放大的情況下，測試結(jié)果點(diǎn)在圖中不是很明顯，但放大后就很清楚了）。I-Jr

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所示。#薄膜汨吸收 r簿風(fēng)有囁收r迅定i二我參數(shù) ——nr設(shè)定直.塑M空tnn)-C忠京薄建折并率-「玄走注膽消北系數(shù)-~r罪用雙制試察忤及作圖區(qū)域輸入數(shù)據(jù)I|砌W所有線也廠切換坐標(biāo)31.D53.55試結(jié)果只-13.Q5302.50?47.S0海.50J37.50JB2.5D"5D112.50A若得凡通膜厚度去 皿,荷膜折射率方|，則|一雄圖范國腹片F(xiàn)壓jn.理反I鬧或精度成)折射率下限折射率上田精度泡光系數(shù)下電帽燧數(shù)上由椅皮39〔0°0:R圖6程序主窗體單擊命令按鈕“下一條線”或者直接單擊作圖區(qū)域，將依次畫出各條“等膜厚”線和“等折射率”線，同時(shí)在窗口左下角顯示出膜厚或折射率的值，如圖8、9所示。在圖8中可以看到測試結(jié)果點(diǎn)介于70nm和80nm等膜厚線之間，此時(shí)可以立即修改〃繪圖范圍"框中的膜厚范圍，而無須等到作圖完成。在圖9中可以看到測試結(jié)果介于1.8和1.9等折射率線之間，同樣可以立即修改〃繪圖范圍”框中的折射率范圍，并設(shè)定新的放大倍數(shù)。然后可以單擊命令按鈕“所有線”，結(jié)果先前條件下的作圖，其結(jié)果如圖10■捕偏整數(shù)宅處理程序1.0/[浙江龍宇識W喚有限紗司專用版)退出程序由騷卸=K也關(guān)于?布蚤件翊6米r丫廁域蠱伴與結(jié)果II]光瘀稱窗藏福 V]辰長血1】擺司京名而|站塊璀：」.■：】■：-□； 刁八占犀富|~v\腐折閔豆「E「壬在消1匕系防 i-IF埃川4宰「i-ilil雌果FQg]|146.25±|0.3ACS]|― ±|0.3

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圖9 測試結(jié)果點(diǎn)介于1.8和1.9等折射率線之間,捕偏收數(shù)鑫處理程序1.0成c浙江光學(xué)做器制造有限金司專用版J退出程序!(擔(dān)功官通口【也關(guān)于⑥國薄膜無吸收 L薄膜有吸收設(shè)定計(jì)算參數(shù)C設(shè)定薄膜厚度(jun)=r設(shè)定簿膜折射率=|國薄膜無吸收 L薄膜有吸收設(shè)定計(jì)算參數(shù)C設(shè)定薄膜厚度(jun)=r設(shè)定簿膜折射率=|a設(shè)w薄膜消光系數(shù)= -r采用雙測試條件及作囹區(qū)域r瓣試條件與緒果工丫測試條件與菇果n〕光源蹄1氮氛激光器 二1怖中長nml|RWR襯屈名糖|E9JK?:1.515-Oi 司入時(shí)角'.度)| 70襯底折射率|1.515襯底消光系數(shù)| 司環(huán)度折時(shí)率| 1廁試結(jié)果P0S)|146.25±|0.3A〔度)| 8.55±|0,37切映坐行I-隨圈范圍輸入數(shù)據(jù)工|既理作圖罵所有線X-n所-157.50[-112.5D|-67.50 |-22.90 f2.50輔.90 1112.50A若得到薄膜厚度為 皿薄腹折射率為| ，則廈屋V限Gun)膜厚二限3n〕落度(nm)折射率下限析射率上陽清度消光感數(shù)下限1自光來數(shù)上限清度I軸放大倍數(shù)】稚炒倍數(shù)FRf「10°0;-1-1圖10切換坐標(biāo)完成后的圖形再次單擊命令按鈕“開始作圖”，重復(fù)前面的操作，可以進(jìn)一步得出結(jié)果，薄膜樣品的厚度為78±1nm，折射率為1.88±0.01，如圖11所示。在圖六的放大倍數(shù)下，測試結(jié)果點(diǎn)表示為作圖區(qū)域中心的暗色矩形，矩形的大小除取決于放大倍數(shù)外，也取決于在〃第一入射角測試結(jié)果”框中輸入的讀數(shù)誤差的大小。從圖中得到的厚度并非薄膜的真實(shí)厚度，而需要加上若干個(gè)測量周期厚度。測量周期厚度取決于入射角、入射波長和薄膜的折射率。在作圖區(qū)域下方輸入薄膜的折射率，即可在下拉列表框中顯示出測量周期厚度值。若同時(shí)輸入從圖中得到的厚度值，然后拉開下拉列表框，就可以看到加上若干測量周期厚度后，薄膜的真實(shí)厚度，參見圖11(至于到底需要加上多少個(gè)測量周期厚度，只能由其他的測量或估計(jì)得出。)

0簿膜天吸收 r障膜有吸申「設(shè)定計(jì)復(fù)參數(shù)- r設(shè)定薄膜厚度（mr>|L設(shè)定薄膜折射率奇<=■設(shè)定薄膜消光系數(shù)=|-'篇試條件與結(jié)果I丫測試條件與菇果H]光源名稱|氮質(zhì)激光器 二]光帔長w|632.8甘底宣稱|陽玻璃襯底折射率|1.5151.515-Li村底消光系數(shù)「0入村角娘）環(huán)兢折It率!T口I1r采用雙測田條件及作圈區(qū)域測試結(jié)果F偏）「116.25±|o^A度）8.55±|0.3脫羊下陽（nm）膜享上限（nm）桔艾InmlM捕偏仗數(shù)據(jù)處理程序1.0阪【浙江光學(xué)仗暑制造有限經(jīng)司專用版｝退出程序I兇功能窗口（如關(guān)于如輸入數(shù)據(jù)工I開始作圖s下一條攜巨r(nóng)切換坐標(biāo).折射率-1.S3.10.300.55324.00328.90333.00337.5034194.3nm膜厚.折射率-1.S3.10.300.55324.00328.90333.00337.5034194.3nm膜厚=77頜n1周期271.3nmW周珈465.6nm3周券650.Qnm4周如854.2nm5周爵1048.6nm日周廉1河2口run折時(shí)率上限消光系燮下限消玳耒割卜陽B.3B.3〕-8-5-1-2-5-1-oiloO-6-8-一--8-5-1-2-5-1-oiloO-6-8-一-nJ｛輅放大借數(shù)Y粕放大曾數(shù)圖11 重新放大后作圖，以及薄膜的真實(shí)厚度（8）需要說明的兩點(diǎn)。首先，原則上作圖區(qū)域的放大倍數(shù)是不受限制的，但由于有讀數(shù)誤差存在，放大倍數(shù)越大，相應(yīng)的暗色矩形也越大，因而并不能得到無限精確的讀數(shù)，這樣也就直觀地表示出了結(jié)果的誤差范圍。其次，當(dāng)繪圖范圍中設(shè)定的厚度上下限超過薄膜的測量周期厚度時(shí)，等膜厚線和等折射率線就會出現(xiàn)重復(fù)的情況，因而顯得較為雜亂（參見圖10）。但將膜厚上下限范圍限制在一個(gè)測量周期之內(nèi)，則各組線之間的趨勢是非常簡單和明確（參見圖11）。2、有吸收的薄膜。（1） 對于有吸收的薄膜而言，其參數(shù)包含三項(xiàng)，即薄膜厚度、折射率和消光系數(shù)，而橢偏方程只能解出兩個(gè)未知數(shù)，所以必須尋找附加的條件才能求解。本程序求解有吸收的薄膜有兩種方法。一種是從其他途徑得到一個(gè)薄膜參數(shù)，第二種是采用雙入射角進(jìn)行測試。（2） 若能夠從文獻(xiàn)資料或其他測試中得到薄膜三個(gè)參數(shù)中的任何一個(gè)，則將此參數(shù)輸入到〃設(shè)定計(jì)算參數(shù)”框中的相應(yīng)文本框中，即可按照與前面類似的步驟進(jìn)行求解。例如，假定知道薄膜的折射率為1.88，可以求解出膜厚為78nm，消光系數(shù)為0（參見圖12）。⑶另一種方法是改變?nèi)肷浣牵捎秒p入射角測試，這在儀器操作上是很容易實(shí)現(xiàn)的。在窗口中輸入兩個(gè)入射角角度及其各自的測試結(jié)果，然后假定一個(gè)參數(shù)（例如膜厚）,按照前面的步驟作圖，這時(shí)程序會同時(shí)作出兩組圖線（第二組圖線為黑白兩色），分別對應(yīng)兩個(gè)入射角度。由此可以得出兩組薄膜參數(shù)（例如在假定膜厚已知時(shí)，可以得到折射率和消光系數(shù)）,比較兩組參數(shù)是否相近，若相差太遠(yuǎn)，修改假定參數(shù)的值，直到兩組結(jié)果

相近為止，即為所需的薄膜參數(shù)（參見圖13）。⑷需要說明的是，雙入射角測試是采用嘗試的方法求解。若對薄膜某個(gè)參數(shù)有所了解，這個(gè)嘗試求解的過程是可以很快完成的。⑸另外需要說明的是，本程序是根據(jù)理想狀態(tài)下得到的橢偏數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算的，在一定誤差范圍內(nèi)可以用于弱吸收的介質(zhì)薄膜求解，但對強(qiáng)吸收的金屬薄膜只能得出一個(gè)大致的結(jié)果。3、測量襯底材料的折射率。（1） 了求解薄膜參數(shù)，必須首先知道襯底材料的折射率和消光系數(shù)。除查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料外，也可以直接用橢偏儀測量襯底體材料的復(fù)折射率。2S1（2） 計(jì)算出襯底體材料的復(fù)折射率后，可以直接將其添加到前面提過的常用光源和常用襯底數(shù)據(jù)庫中，方便用戶的使用。2S1際捕偏枚數(shù)據(jù)處茬程序頊版￡晰江光學(xué)悅暑制造有限公司專用版】退出程序!兇功能窗口（如關(guān)于（田輸入數(shù)據(jù)iI1氮成激光器1.515-01嚴(yán)源名稱襯底名稱'刑試條件與結(jié)果［丫瓣試條FF與結(jié)果□］光波長（TJTi）入射角偏）輸入數(shù)據(jù)iI1氮成激光器1.515-01嚴(yán)源名稱襯底名稱'刑試條件與結(jié)果［丫瓣試條FF與結(jié)果□］光波長（TJTi）入射角偏）并始作囹S下一條統(tǒng)NI切換坐標(biāo)r薄膜無吸收 #障膜有吸收設(shè)定計(jì)算參數(shù)r設(shè)定薄膜厚度頑=⑥設(shè)定薄膜肝射率=\~L18r設(shè)定薄膜?肖光系數(shù)=~同茉用雙測試條件表作圖區(qū)域洌試結(jié)果prwi|14匚5襯底折射^|T5i5襯底清光耒數(shù) 0壞境折射率+|rH~arjti|r7r若襟到薄膜厚度為| 皿,薄膜折時(shí)率為［I-繪圖范圍膜享下限tun）膜厚上限tun）精競瑚折封率下限圻肘率上限糖竟消光系數(shù)下限梢光系數(shù)上限精瑩X朝放大倍數(shù)T朝放大倍數(shù)測［n-2-5--1-oiloo一若一宜一口宜D圖12 假定知道薄膜折射率為1.88，求解膜厚和消光系數(shù)［注意事項(xiàng)】在實(shí)驗(yàn)之前，先檢查各元器件是否齊全完好，并且區(qū)分望遠(yuǎn)鏡、平行光管、起偏器和檢偏器；在分光計(jì)的調(diào)節(jié)過程中，在望遠(yuǎn)