基于相位调制技术的椭偏光谱

HORIBA科学光谱椭偏仪的UVISEL系列使用光弹性调制器在高频(50 kHz)下进行偏振调制，而没有任何机械运动。

由于这种技术，这些系统具有非常快的优势，没有运动部件，并提供高精度的测量在宽光谱范围，而不需要额外的光学元件。与传统的椭偏仪相比，相位调制使得薄膜厚度和光学常数的表征具有更高的灵敏度。

如何相位调制椭偏仪能工作吗?

光学设置

光源是氙灯，其光谱范围从190到2100纳米。通过建立线偏振的第一个偏振器后，光从被研究的样品以斜角(一般为70°)反射。输出头包括光弹性调制器和解析反射光束偏振状态的分析偏振器。

两个偏振器在测量过程中保持固定，而光弹性调制器用于诱导反射光束的调制相移。
光由光栅单色仪分析，该单色仪将每个波长的光依次导向探测器。采用两种类型的探测器:用于FUV-VIS应用的光电倍增管和用于近红外应用的InGaAs光电二极管。

扫描单色仪系统具有带宽可控的优势，提供非常精确的实验光谱，高分辨率，有助于厚层应用和测量的优良重复性。现代Horiba科学单色仪能够在短时间内完成从FUV到近红外的测量。

的配置UVISEL相位调制椭偏仪如下图所示。

图1所示。UVISEL的光学设置

描述啊f相位调制技术

什么是光弹性调制器?
光弹性调制器是熔融石英棒，在没有施加应力时表现各向同性行为。光弹性调制器是一种可以描述为双折射调制器的光学元件。
如果在石英棒上施加机械应变，例如通过连接在棒的末端的压电换能器，调制器就变成双折射(n0≠ne)。这意味着当光穿过一个轴时，它的传播速度要比另一个轴快，这就产生了不同的相速度，并对光束产生了调制相移。

图2。光弹性调制器工作原理图

什么光弹性调制器相对于其他偏振调制形式的优点是什么?

广谱覆盖范围

UVISEL的一个主要优点是覆盖了从FUV到近红外的宽光谱范围，而不需要几种硬件配置，也不需要移动任何光学元件，UVISEL提供了从190到2100纳米的宽光谱范围内的连续和准确的测量。

大的接收角

光弹性调制器光学元件具有较大的入射角公差，允许系统更简单的对准。由于光束不需要跟随旋转元件的主轴，这是一个巨大的优势，当在液体电池中进行测量，在沉积/蚀刻反应堆原位。

Microspot能力

UVISEL集成了基于镜面的光学耦合到样品，在整个光谱范围内提供了高达50 μm的微光斑能力。用微点测量对于半导体晶片、显示材料和生物传感器中的图案材料的表征是有用的。亚博网站下载它还为分析粗糙层和带有透明衬底的器件提供了一些优势。

高所有Psi和Delta值的精度测量

相位调制椭偏仪通过测量参数提供了最佳的精度Ψ和Δ的任何样品的所有值:

图3。光子能量(eV)

高灵敏度

椭偏仪的灵敏度是由所使用的所有不同元件决定的。当使用电源作为关键元件时，其50 kHz的调制频率提供了宽的动态范围，无噪声。当结合强大的数字信号平均UVISEL相位调制椭偏仪具有从FUV到近红外优良的信噪比。

数据采集速度快

相位调制椭偏仪调制频率为50 kHz，响应时间短至1ms/点，具有良好的信噪比。这使得该仪器成为实时过程控制的理想系统，并实时跟踪动态研究和液体表面测量。

先进的测量能力

去极化影响

在非相干反射、粗糙、散射、光谱分辨率不足、非均匀性等情况下会发生退极化。通过测量Is, Ic和Ic '， UVISEL软件允许计算偏振度的定义如下:

P = ()²+(集成电路)²+(集成电路)²

• 当P=1时，样品没有去极化。
• 当P<1时，样品去极化。

图4。5 μm有机层的极化度<1

穆勒矩阵

UVISEL相位调制椭偏仪最多可以测量11个Mueller矩阵元素。当样品具有去极化和各向异性时，Mueller矩阵测量是有用的。

UVISEL相位调制椭偏仪性能合格

埃尔在Δ接近0°的情况下，测脂精度:直通空气测量

唯一已知椭偏参数的材料是空气:在直通式结构下的椭偏测量根据定义应该返回Ψ = 45°和Δ = 0°。

图5。在集成时间为2000 ms的UVISEL上进行1.5 - 5ev范围内的直通椭偏测量
Ψ的平均值范围为:44.98º~ 45.02º。Δ的平均值范围为-0.02º~ 0.02º。Ψ和Δ的标准偏差为0.0035和0.0057，这是±0.01º。

椭圆计准确性和可重复性

标准的参考资料亚博网站下载

测量的准确性和重复性UVISEL椭圆计使用美国国家标准技术研究所(NIST)提供的标准参考材料(SRM)进行。亚博网站下载标准由硅上的热氧化物和NIST 100 nm组成。
NIST 100 nm给出了以下认证值(对于单层模型):

• 厚度:973.00
• 折射率:1.465

定义

重复性定义为在同一点位置进行的10次静态测量的标准偏差。精度是超过10次测量的样品属性(厚度和折射率)的平均值与NIST标称值之间的差值。

性能

在NIST 100 nm上进行了10次测量，入射角为70°，积分时间为200 ms/点，光谱范围为190-2100 nm。采用了c-Si上SiO2的单层模型。硅溶胶的光学常数₂用经典洛伦兹振子色散公式确定。
结果在整个光谱范围内提供了良好的重复性，显示:

• 平均厚度为973.23±0.11 Å，
• 平均折射率值为1.4627±0.00006。

根据以上定义，UVISEL具有以下准确度:

• 0.23 Å为厚度，
• 折射率为0.002。

图6。测量厚度的例子

图7。测量折射率例子

可重复性与积分时间

对于通常的应用程序，集成时间通常为每点100毫秒或200毫秒。
实验条件:

• 测量数量:10在2.75 eV (450 nm)
• 样品:硅上的热氧化物(~840Å)
• 积分时间:1000 ~ 1ms

表1。实验数据

时间(女士)	1000	500	200	One hundred.	50
Ψ(%)	０．０２	0.03	0．05	0．05	0.07
Δ(%)	０．０１	０．０２	0.03	０．０４	0．06

时间(女士)	20.	10	5	2	1
Ψ(%)	0．14	0．23	0.32	0.61	0.86
Δ(%)	0．10	０．１６	0．20	0．25	0．41

结论

基于光弹性调制的椭偏光谱具有很高的精度和重复性。由于这项技术，UVISEL允许高性能和实验多功能性的独特组合，以满足先进的客户需求和应用能力。

图8。光谱相位调制椭偏仪

这些信息来源于HORIBA Scientific提供的资料。亚博网站下载

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