簡(jiǎn)要描述:光譜橢偏儀是一種用于探測(cè)薄膜厚度重要性、光學(xué)常數(shù)以及材料微結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量設(shè)備工具。由于與樣品非接觸非常激烈,對(duì)樣品沒(méi)有破壞且不需要真空去創新,使得橢偏儀成為一種吸引力的測(cè)量設(shè)備提升。
一的過程中、光譜橢偏儀適用于材料范圍:
半導(dǎo)體、電介質(zhì)助力各行、聚合物經過、有機(jī)物、金屬互動互補、多層膜物質(zhì)等
二核心技術體系、光譜橢偏儀技術(shù)參數(shù):
膜厚范圍 | 1nm~5um |
厚度分辨度 | 0.1 nm |
膜厚準(zhǔn)確度 | 1mm |
光學(xué)參數(shù) | 可得出:n(折射率)、k(吸收率)值 |
折射率精度 | 0.005 |
測(cè)量時(shí)間 | 3~15秒(典型10秒) |
入射角度 | 70°(其它可選) |
波長(zhǎng)范圍 | 450 - 900 nm ( 380 - 780 nm 可選) |
波長(zhǎng)分辨率 | 4 nm |
光斑大小 | 2×4 mm(200×400um可選) |
樣品定位允許誤差 | 高度允許±1.5 mm力度,角度允許±1°新產品。不需進(jìn)行樣品放置高度和角度調(diào)整 |
顯微鏡 | 可與顯微鏡匹配使用,用于同時(shí)觀(guān)察膜層和材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu) |
掃描測(cè)量 | 可以?huà)呙铚y(cè)量持續發展,掃描范圍6英寸或12英寸 |
真空應(yīng)用 | 可以在真空和非真空環(huán)境中使用 |
三更加廣闊、光譜橢偏儀涉及領(lǐng)域行業(yè):
半導(dǎo)體、通訊設計、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光學(xué)鍍膜、平板顯示器善謀新篇、科研、生物開展面對面、醫(yī)藥…
四供給、光譜橢偏儀檢測(cè)范圍:
1、早些年便利性,橢偏儀的工作波長(zhǎng)為單波長(zhǎng)或少數(shù)獨(dú)立的波長(zhǎng)拓展應用,zui典型的是采用激光或?qū)﹄娀〉葟?qiáng)光譜光進(jìn)行濾光產(chǎn)生的單色光源。現(xiàn)在大多數(shù)的橢偏儀在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)以多波長(zhǎng)工作(通常有幾百個(gè)波長(zhǎng)實事求是,接近連續(xù))取得明顯成效。和單波長(zhǎng)的橢偏儀相比,多波長(zhǎng)光譜橢偏儀有下面的優(yōu)點(diǎn):可以提升多層探測(cè)能力影響力範圍,可以測(cè)試物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光波的折射率等大力發展。
2、光譜橢偏儀的光譜范圍在深紫外的142nm到紅外33µm可選雙向互動。光譜范圍的選擇取決于被測(cè)材料的屬性集成技術、薄膜厚度及關(guān)心的光譜段等因素新創新即將到來。例如,摻雜濃度對(duì)材料紅外光學(xué)屬性有很大的影響創新的技術,因此需要能測(cè)量紅外波段的橢偏儀設計能力;薄膜的厚度測(cè)量需要光能穿透這薄膜,到達(dá)基底有序推進,然后并被探測(cè)器檢測(cè)到適應性,因此需要選用該待測(cè)材料透明或部分透明的光譜段;對(duì)于厚的薄膜選取長(zhǎng)波長(zhǎng)更有利于測(cè)量深入開展。
五更優美、光譜橢偏儀工作原理:
1、給出了橢偏儀的基本光學(xué)物理結(jié)構(gòu)。已知入射光的偏振態(tài)求得平衡,偏振光在樣品表面被反射,測(cè)量得到反射光偏振態(tài)(幅度和相位)道路,計(jì)算或擬合出材料的屬性面向。
2、入射光束(線(xiàn)偏振光)的電場(chǎng)可以在兩個(gè)垂直平面上分解為矢量元空間廣闊。P平面包含入射光和出射光合作關系,s平面則是與這個(gè)平面垂直。類(lèi)似的研學體驗,反射光或透射光是典型的橢圓偏振光結構不合理,因此儀器被稱(chēng)為橢偏儀。關(guān)于偏振光的詳細(xì)描述可以參考其他文獻(xiàn)深刻內涵。在物理學(xué)上競爭力,偏振態(tài)的變化可以用復(fù)數(shù)ρ來(lái)表示:
3、其中逐步改善,ψ和?分別描述振幅和相位特點。P平面和s平面上的Fresnel反射系數(shù)分別用復(fù)函數(shù)rp和rs來(lái)表示。rp和rs的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以用Maxwell方程在不同材料邊界上的電磁輻射推到得到帶動擴大。
4前來體驗、其中?0是入射角,?1是折射角實現了超越。入射角為入射光束和待研究表面法線(xiàn)的夾角發揮重要帶動作用。通常橢偏儀的入射角范圍是45°到90°。這樣在探測(cè)材料屬性時(shí)可以提供*的靈敏度確定性。每層介質(zhì)的折射率可以用下面的復(fù)函數(shù)表示
5明確了方向、通常n稱(chēng)為折射率,k稱(chēng)為消光系數(shù)。這兩個(gè)系數(shù)用來(lái)描述入射光如何與材料相互作用初步建立。它們被稱(chēng)為光學(xué)常數(shù)項目。實(shí)際上,盡管這個(gè)值是隨著波長(zhǎng)重要方式、溫度等參數(shù)變化而變化的綜合運用。當(dāng)代測(cè)樣品周?chē)橘|(zhì)是空氣或真空的時(shí)候,N0的值通常取1.000增產。
6脫穎而出、通常橢偏儀作為波長(zhǎng)和入射角函數(shù)的ρ的值(經(jīng)常以ψ和?或相關(guān)的量表示)。一次測(cè)量完成以后的方法,所得的數(shù)據(jù)用來(lái)分析得到光學(xué)常數(shù)積極影響,膜層厚度,以及其他感興趣的參數(shù)值生產創效。如下圖所示進一步提升,分析的過(guò)程包含很多步驟。
7緊密協作、可以用一個(gè)模型(model)來(lái)描述測(cè)量的樣品提供有力支撐,這個(gè)模型包含了每個(gè)材料的多個(gè)平面,包括基底。在測(cè)量的光譜范圍內(nèi)越來越重要,用厚度和光學(xué)常數(shù)(n和k)來(lái)描述每一個(gè)層,對(duì)未知的參數(shù)先做一個(gè)初始假定優化上下。zui簡(jiǎn)單的模型是一個(gè)均勻的大塊固體改革創新,表面沒(méi)有粗糙和氧化。這種情況下發揮重要作用,折射率的復(fù)函數(shù)直接表示品牌。但實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)材料都是粗糙或有氧化的表面,因此上述函數(shù)式常常不能應(yīng)用設施。
8保持穩定、下一步,利用模型來(lái)生成Gen.Data能力,由模型確定的參數(shù)生成Psi和Detla數(shù)據(jù),并與測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較總之,不斷修正模型中的參數(shù)使得生成的數(shù)據(jù)與測(cè)量得到的數(shù)據(jù)盡量*長足發展。即使在一個(gè)大的基底上只有一層薄膜,理論上對(duì)這個(gè)模型的代數(shù)方程描述也是非常復(fù)雜的足了準備。因此通常不能對(duì)光學(xué)常數(shù)規模設備、厚度等給出類(lèi)似上面方程一樣的數(shù)學(xué)描述,這樣的問(wèn)題,通常被稱(chēng)作是反演問(wèn)題至關重要。
9著力提升、zui通常的解決橢偏儀反演問(wèn)題的方法就是在衰減分析中,應(yīng)用Levenberg-Marquardt算法建設項目。利用比較方程動手能力,將實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)和模型生成的數(shù)據(jù)比較。通常傳遞,定義均方誤差為:
10充分、在有些情況下,zui小的MSE可能產(chǎn)生非物理或非*的結(jié)果的發生。但是加入符合物理定律的限制或判斷后融合,還是可以得到很好的結(jié)果。衰減分析已經(jīng)在橢偏儀分析中收到成功的應(yīng)用相結合,結(jié)果是可信的提升、符合物理定律的、精確可靠相關性。
六競爭力、光譜隨偏儀器結(jié)構(gòu)構(gòu)造:
1、在光譜橢偏儀的測(cè)量中使用不同的硬件配置示範,但每種配置都必須能產(chǎn)生已知偏振態(tài)的光束技術節能。測(cè)量由被測(cè)樣品反射后光的偏振態(tài)。這要求儀器能夠量化偏振態(tài)的變化量ρ發展基礎。
2品率、有些儀器測(cè)量ρ是通過(guò)旋轉(zhuǎn)確定初始偏振光狀態(tài)的偏振片(稱(chēng)為起偏器)。再利用第二個(gè)固定位置的偏振片(稱(chēng)為檢偏器)來(lái)測(cè)得輸出光束的偏振態(tài)推進高水平。另外一些儀器是固定起偏器和檢偏器開展面對面,而在中間部分調(diào)制偏振光的狀態(tài),如利用聲光晶體等不斷發展,zui終得到輸出光束的偏振態(tài)便利性。這些不同的配置的zui終結(jié)果都是測(cè)量作為波長(zhǎng)和入射角復(fù)函數(shù)ρ。
3非常重要、在選則合適的橢偏儀的時(shí)候實事求是,光譜范圍和測(cè)量速度也是一個(gè)通常需要考慮的重要因素⌒袆恿??蛇x的光譜范圍從深紫外的142nm到紅外的33µm結構。光譜范圍的選擇通常由應(yīng)用決定。不同的光譜范圍能夠提供關(guān)于材料的不同信息落到實處,合適的儀器必須和所要測(cè)量的光譜范圍匹配效果。
4、測(cè)量速度通常由所選擇的分光儀器(用來(lái)分開(kāi)波長(zhǎng))來(lái)決定。單色儀用來(lái)選擇單一的服務水平、窄帶的波長(zhǎng)線上線下,通過(guò)移動(dòng)單色儀內(nèi)的光學(xué)設(shè)備(一般由計(jì)算機(jī)控制),單色儀可以選擇感興趣的波長(zhǎng)能力建設。這種方式波長(zhǎng)比較準(zhǔn)確知識和技能,但速度比較慢,因?yàn)槊看沃荒軠y(cè)試一個(gè)波長(zhǎng)像一棵樹。如果單色儀放置在樣品前協同控製,有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是明顯減少了到達(dá)樣品的入射光的量(避免了感光材料的改變)。另外一種測(cè)量的方式是同時(shí)測(cè)量整個(gè)光譜范圍高效利用,將復(fù)合光束的波長(zhǎng)展開(kāi)體驗區,利用探測(cè)器陣列來(lái)檢測(cè)各個(gè)不同的波長(zhǎng)信號(hào)。在需要快速測(cè)量的時(shí)候品質,通常是用這種方式提供了遵循。傅立葉變換分光計(jì)也能同時(shí)測(cè)量整個(gè)光譜,但通常只需一個(gè)探測(cè)器能運用,而不用陣列利用好,這種方法在紅外光譜范圍應(yīng)用。
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