椭圆偏振法测量薄膜厚度及折射率 实验目的： 1、利用椭偏仪测量硅衬底薄膜的折射率和厚度；提高物理推理与判别处理能力。 2、用自动椭偏仪再测量进行对比；分析不同实验仪器两种方式的测量。提高误差分析与分配能力。 教学安排 手动测量记录 P、A 2 学时 自动测量并计算 n、d 1 学时 对比研究 1 学时 原理综述： 椭圆偏振法简称椭偏法，是一种先进的测量薄膜纳米级厚度的方法，椭偏法的基本原理由于数学处理上的困难，直到上世纪 40 年代计算机出现以后才发展起来，椭偏法的测量经过几十年来的不断改进，已从手动进入到全自动、变入射角、变波长和实时监测，极大地促进了纳米技术的发展，椭偏法的测量精度很高（比一般的干涉法高一至二个数量级），测量灵敏度也很高（可探测生长中的薄膜小于 0.1nm 的厚度变化）。利用椭偏法可以测量薄膜的厚度和折射率，也可以测定材料的吸收系数或金属的复折射率等 光 学参 数。因 此 ，椭偏法在 半 导 体 材料、光 学、化学、生物学和医 学等 领 域 有 着 广 泛 的应 用。 通 过实验，读 者 应 了解 椭偏法的基本原理，学会 用椭偏法测量纳米级薄膜的厚度和折射率，以及金属的复折射率。 一、 实验原理 椭偏法测量的基本思 路 是，起偏器产 生的线 偏振光 经取 向 一定的1/4 波片 后成 为 特 殊 的椭圆偏振光 ，把 它 投 射到待 测样 品 表 面 时，只 要 起偏器取 适 当 的透 光方向 ，被 待 测样 品 表 面 反 射出来的将 是线 偏振光 。根 据 偏振光 在 反 射前 后的偏振状 态 变化（包 括 振幅 和相 位 的变化），便 可以确 定样 品 表 面 的许 多 光 学特 性 。 设 待 测样 品 是均 匀 涂 镀 在 衬底上的透 明 同性 膜层 。如 图 3.5.1 所 示 ，n1，n2和 n3 分别为 环 境 介 质 、薄膜和衬底的折射率，d 是薄膜的厚度，入射光 束 在 膜层 上的入射角为 φ1，在 薄膜及衬底中的折射角分别为φ2 和 φ3。按 照 折射定律有 错 误!未 找 到引 用源 。 (3.5.1) 光 的电 矢 量分解 为 两个分量，即 在 入射面 内 的P 分量及垂 直于入射面 的S 分量。根据折射定律及菲涅尔反射公式，可求得P 分量和S 分量在第一界面上的复振幅反射率分别为 而在第二个界面处则有 从图3.5.1 可以看出，入射光在两个界面上会有很多次的反射和折射...
