检测原理

　　椭圆偏振仪利用光的偏振特性和薄膜干涉原理进行测量。当一束已知偏振状态的光入射到半导体材料表面时，光在材料表面及内部发生反射和折射，其偏振状态会发生改变，由线性偏振态变为椭圆偏振态.

　　这种偏振态的变化与半导体材料的厚度、折射率等光学性质密切相关。通过测量反射光椭圆偏振态的变化，如椭偏参量 ψ 和 δ，就可以利用菲涅尔反射系数等理论，经过复杂的反演计算，得出半导体材料的薄膜厚度、折射率、消光系数等参数.

　　仪器结构

　　“零” 偏振型：主要包括光源、偏振器、补偿器、检偏器和探测器五部分。光源提供稳定的光，偏振器将光变为线偏振光，补偿器可对偏振光作 90˚延滞，检偏器用于判断是否得到所需偏振光，探测器则负责检测光信号。这种结构的优点是测试结果精确、系统误差小，但测量过程缓慢，且难以进行分光测量.

　　偏振调制型：在 “零” 偏振型结构基础上增加了调制器元件，可对光线的偏振态进行调制，理论上能达到很快的数据采集速度，但为了获得满意的信噪比，对光源能量或积分时间有较高要求，且实现分光测量时需对每一波长调整调制.

　　回转元件型：主要有回转起偏器椭偏仪和回转检偏器椭偏仪两种，其中一个偏振元件以一定速度回转。该结构器件顺序变动不大，具有一定的测量优势.

检测优势

　　无损检测：与半导体材料表面无直接接触，不会对材料造成损伤，可用于各种半导体材料的检测，包括对表面质量要求较高的材料.

　　高精度测量：能够精确测量半导体薄膜的厚度，可测量超薄薄膜，甚至能探测到单原子薄膜的信息，对于研究半导体材料的微观结构和性能非常重要.

　　可测多种参数：不仅能测量薄膜厚度，还可以同时测量半导体材料的折射率、消光系数等光学常数，这些参数对于评估半导体材料的质量、性能以及在光电器件中的应用具有重要意义.

　　原位测量：可以在半导体材料的生长、蚀刻等过程中进行原位测量，实时监测材料的变化，为研究半导体材料的生长机制、工艺优化等提供有力支持.

检测应用

　　薄膜厚度测量：准确测量半导体薄膜的厚度，如氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、光刻胶薄膜等的厚度，对于半导体器件的制造工艺控制至关重要.

　　材料光学常数测定：测定半导体材料的折射率和消光系数等光学常数，帮助研究人员了解材料的光学性质，为设计和优化半导体光电器件提供依据，例如 AlGaN、GaN、InP 等光电器件化合物半导体材料的光学常数测量.

　　表面粗糙度和微观结构分析：通过分析反射光偏振态的变化，间接获取半导体材料表面的粗糙度和微观结构信息，有助于评估材料的表面质量和性能.

　　材料生长过程监测：在半导体材料的外延生长过程中，实时监测材料的生长速率、薄膜厚度的变化以及光学常数的演变，从而实现对生长过程的精确控制，提高材料的生长质量和器件性能.

　　多层结构分析：对于由不同半导体材料组成的多层结构，椭圆偏振仪能够分别测量每层薄膜的厚度和光学常数，为研究多层结构的光学特性、界面性质以及器件性能提供详细信息.