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现代椭圆偏振光谱测量作为一种非接触、非破坏性测量的方法广泛应用于工业生产和科学研究,它是研究光频电磁波在两媒质问界面或薄膜中传播时发生的现象及其特性的一种光学方法。其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射出现的偏振态的变化来对材料的光学性质进行研究。
本文介绍椭圆偏振光谱学的原理和研究方法,对现代电子工业中最为重要的半导体材料硅与二氧化硅复合薄膜的椭圆偏振光谱进行分析,研究这些材料的物理结构和光学性质,为实际应用提供了重要的数据参数。最后,提出了一种采用阵列检偏器结构的新型高速椭圆偏振仪原型,介绍了最新的实验进展。主要内容如下:
第一章绪论部分我们简要介绍的椭圆偏振光谱的应用和发展趋势。第二章从基本的麦克斯韦方程出发,阐述了椭偏测量的原理,同时对椭偏光频分析中所依赖的物理模型进行了详细的介绍,为下面章节的实验数据的分析提供了理论基础。
第三章我们对利用直流磁控反应溅射的方法制备的一系列Si和Si02复合薄膜材料的光学性质进行了细致研究。对这些样品在1.5-4.5eV的能量范围内进行了椭偏光谱测量,介绍并利用EMA模型对在不同温度情况下退火的样品,对其光学常数进行了拟合分析。研究发现,Si与Si02复合薄膜在600℃的温度下退火后,薄膜中材料的结构与制备态的样品相比,发生了明显的变化,薄膜中的硅从无定形态向多晶态转变,而同时薄膜中其他成分保持相对稳定。由于薄膜中硅的态发生了改变,使得整个薄膜的光学常数,如折射率和消光系数也产生了相应的变化,在工业上可以利用这种特性,通过控制退火的温度,调节薄膜中成分的变化,从而达到控制产品光学特性的目的。
第四章介绍了一种采用阵列检偏器结构的新型高速椭偏偏振仪的原型,详细描述了这种高速阵列型椭偏仪的结构原理及初步调试的过程。