橢偏儀測(cè)量最新發(fā)展

成像橢圓偏振技術(shù)正在引起其他學(xué)科如生物學(xué)和醫(yī)藥的研究人員越來(lái)越多的興趣。研究人員發(fā)現(xiàn)利用成像橢偏技術(shù)可以和成像表面等離子共振（SPR）聯(lián)用，可以實(shí)現(xiàn)生物芯片和生物傳感器的檢測(cè)。這些跨學(xué)科的研究領(lǐng)域給橢偏技術(shù)帶來(lái)了新的研究熱點(diǎn)的同時(shí)也給該技術(shù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，例如在非穩(wěn)定液體表面的薄膜的測(cè)量和顯微成像等。

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，薄膜有著廣泛的應(yīng)用。因此測(cè)量薄膜的技術(shù)也有了很大的發(fā)展，橢偏法就是70年代以來(lái)隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的已有的測(cè)量薄膜的最精確的方法之一。橢偏法測(cè)量具有如下特點(diǎn)：

1.能測(cè)量很薄的膜（1nm），且精度很高，比干涉法高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。

2.是一種無(wú)損測(cè)量，不必特別制備樣品，也不損壞樣品，比其它精密方法：如稱重法、定量化學(xué)分析法簡(jiǎn)便。

3.可同時(shí)測(cè)量膜的厚度、折射率以及吸收系數(shù)。因此可以作為分析工具使用。

4.對(duì)一些表面結(jié)構(gòu)、表面過(guò)程和表面反應(yīng)相當(dāng)敏感。是研究表面物理的一種方法。

橢偏儀測(cè)量橢偏參數(shù)

在橢偏測(cè)量過(guò)程中，有兩個(gè)橢偏參數(shù)非常關(guān)鍵。（標(biāo)準(zhǔn)）橢圓偏振測(cè)量四個(gè)史托克參數(shù)(Stokes parameters)中的兩個(gè)，通常以Δ及Φ來(lái)表示。TanΦ為反射后之振幅比，Δ為相位移（相差）。由于橢圓偏振系測(cè)量?jī)身?xiàng)之比值（或差異）而非其絕對(duì)數(shù)值，因此這技術(shù)所得的數(shù)據(jù)是相當(dāng)正確且可再現(xiàn)的，其對(duì)散射及擾動(dòng)等因素較不敏感，且不需要標(biāo)準(zhǔn)樣品或參考樣品。

橢偏儀測(cè)量數(shù)據(jù)分析和擬合

橢圓偏振為間接量測(cè)的技術(shù)，也就是說(shuō)，一般測(cè)得的Δ及Φ并不能直接轉(zhuǎn)換為樣品的光學(xué)常數(shù)，通常需要建構(gòu)模型來(lái)進(jìn)行分析。只有對(duì)于無(wú)限厚（約厘米等級(jí)）、各向同性且均勻的膜，才可能直接轉(zhuǎn)換得到其Δ及Φ之?dāng)?shù)值。在所有其他的情形下，則必需建構(gòu)其層狀模型，并考慮所有各層之各別的光學(xué)常數(shù)如(折射率或介電常數(shù))及厚度，且依正確的層畳順序建立。再借由多次最小方差法最適化，變動(dòng)未知的光學(xué)常數(shù)及(或)厚度參數(shù)，以之代入菲涅耳方程計(jì)算求得其對(duì)應(yīng)Δ及Φ數(shù)值。最后，所得最接近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之Δ及Φ數(shù)值，其參數(shù)來(lái)源的光學(xué)常數(shù)及(或)厚度可視為此量測(cè)之最適化結(jié)果。

橢偏儀測(cè)量橢偏測(cè)量結(jié)果

橢偏測(cè)量可取得薄膜的介電性質(zhì)（復(fù)數(shù)折射率或介電常數(shù)）。它已被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域，從基礎(chǔ)研究到工業(yè)應(yīng)用，如半導(dǎo)體物理研究、微電子學(xué)和生物學(xué)。橢圓偏振是一個(gè)很敏感的薄膜性質(zhì)測(cè)量技術(shù)，且具有非破壞性和非接觸之優(yōu)點(diǎn)。

分析自樣品反射之偏振光的改變，橢圓偏振技術(shù)可得到膜厚比探測(cè)光本身波長(zhǎng)更短的薄膜資訊，小至一個(gè)單原子層，甚至更小。橢圓儀可測(cè)得復(fù)數(shù)折射率或介電函數(shù)張量，可以此獲得基本的物理參數(shù)，并且這與各種樣品的性質(zhì)，包括形態(tài)、晶體質(zhì)量、化學(xué)成分或?qū)щ娦?，有所關(guān)聯(lián)。它常被用來(lái)鑒定單層或多層堆棧的薄膜厚度，可量測(cè)厚度由數(shù)埃（Angstrom）或數(shù)納米到幾微米皆有極佳的準(zhǔn)確性。

橢偏儀測(cè)量被測(cè)材料

半導(dǎo)體物理、通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光學(xué)鍍膜、平板顯示器、表界面科學(xué)研究、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥、介電材料、有機(jī)高分子聚合物、金屬氧化物、金屬鈍化膜、各種液體薄膜、自組裝單分子層、多層膜物質(zhì)等等

橢偏儀 全自動(dòng)光譜橢偏儀 成像橢偏儀（成像橢圓偏振技術(shù)）激光單波長(zhǎng)橢偏儀……

■ 優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于光譜型橢偏儀，激光單波長(zhǎng)橢偏儀比較簡(jiǎn)單，由于不需要單色儀，四分之一玻片也可以根據(jù)波長(zhǎng)固定，光學(xué)元件也可以針對(duì)特定波長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以價(jià)格相對(duì)便宜，同時(shí)測(cè)量精度較高。

■缺點(diǎn)：對(duì)多層膜分析能力不足，不如光譜型橢偏儀。

橢偏儀應(yīng)用領(lǐng)域

半導(dǎo)體、微電子、MEMS、通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光學(xué)鍍膜、平板顯示器、科學(xué)研究、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥 …

橢偏儀可測(cè)材料

半導(dǎo)體、介電材料、有機(jī)高分子聚合物、金屬氧化物、金屬鈍化膜、自組裝單分子層、多層膜物質(zhì)和石墨烯等等