椭偏法测量膜厚

东南大学材料科学与工程

实验报告

学生姓名徐佳乐班级学号12011421 实验日期2014/9/5 批改教师

课程名称电子信息材料大型实验批改日期

实验名称椭圆法测量SiO2薄膜折射率与厚度报告成绩

一、实验目的

1、了解椭圆偏振法测试的基本原理；

2、掌握椭圆偏振法测试的基本操作技能。

二、实验原理

椭圆偏振法（简称椭偏法）是一种光学测量技术。它通过测量一束椭圆偏振光波非垂直的投射到样品上发射后偏振状态的变化，来测量薄膜表

面或薄膜的光学参数（折射率及消光系数）及薄膜厚度。由于偏振状态的

变化对样品光学参数的微小差异非常灵敏，因此该方法对薄膜的测量有很高的灵敏度，能测出膜厚1埃左后的变化，测量范围从10埃到几微米。

此外，椭偏法为非接触测量，对样品来说为无损检测。

椭偏法测量技术的基本原理如下图所示，用一束光作为探针入射到均匀介质薄膜样品上，由于样品对入射光中平行于入射面的电场分量（简称

p分量）和垂直于入射面的电场分量（简称s分量）有不同的反射系数和透射系数，因此从样品上发射的光，其偏振状态相对于入射光发生了变化。

因此通过观察光在反射前后的偏振状态的改变，从而得到与样品的某些光学参数如折射率和厚度。

三、实验设备及材料

SGC-2自动椭圆偏振测厚仪，SiO2薄膜，镊子等。

四、实验内容及步骤

实验中切记不能用眼睛直接观察激光束，需要观察光强时，请用白纸挡住

光束，观察白纸上的光斑亮度。

1.将样品放置样品台上，待测表面朝向固定板。开启控制电脑，开启主机

电源。

2．打开测试软件，设置光源类型（氦氖激光），衬底类型（Si衬底），入射角度（默认70°），注意入射角度设定值与主机上光源座和接收器座的位置角度一致。

3．点击工具栏“开始”按钮，椭偏仪开始测量，约几分钟后测试结束，此时弹出一对话框，点击对话框上的“快速”按钮，显示测量结果。4．生长结束后，关闭管式炉加热电源，待炉温冷却到40℃以下后，取出刚玉舟，观察生长的SiO2薄膜的颜色，与附表对比，粗略估计出所生长SiO2薄膜的厚度。

5.每个样品改变测试位置，重复测量3次，取平均值为最终结果。

五、实验结果及分析

第一次测试：

薄膜折射率：1.485 薄膜基厚度：144.10nm 厚度周期：275.16nm

第二次测试：

薄膜折射率：1.535 薄膜基厚度：129.40nm 厚度周期：260.68nm

第三次测试：

薄膜折射率：1.534 薄膜基厚度：129.50nm 厚度周期：260.95nm

平均厚度：134.33nm

六、思考题

1．椭偏仪的测量精度由哪些因素决定？

答：薄膜的折射率,消光系数,厚度，光谱范围和测量速度等都会影响测量精度。

2．试验所用的椭偏仪能否测试金属薄膜样品？为什么？

答：不可以，因为金属薄膜样品对光存在着强烈吸收，无法测量光的偏振状态。