SCMOS相机 光束分析仪 DMD 光纤束 合束激光器 共焦 拉曼光谱仪 锁相放大器 无掩膜光刻机 高光谱相机
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(五)-Pb和Cu2O薄膜的电化学沉积2.2 Pb和Cu2O薄膜的电化学沉积实验室前期系统研究了Pb的成核生长,并用于钙钛矿太阳能电池的制备。前期的研究发现Pb在ITO基底上的生长过程属于渐进成核的岛状生长。Cu2O为半导体材料,其能隙与生长条件有关,大约在1.9-2.2eV。它具有吸收系数高、材料丰富、无毒、制造成本低等优点,在太阳能转换、电极材料、传感器和催化等领域具有广泛的应用前景。如图1-7所示,是简单的Cu2O能带模型,根据所涉及的价带和导带,可以区分四个激子序列,根据所涉及的波段,可以分为黄、绿、蓝和紫激子系列。在这个模型中,激子的波函数包括所谓的 ...
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(四)-电化学沉积及原理2.电化学沉积电化学沉积是半导体薄膜沉积和微电子制备铜互连的重要制备方法。而在沉积过程中的成核和生长对于半导体薄膜和铜互连的性质非常重要,椭偏仪在位监测提供一种实时监控薄膜沉积的方法。但是椭偏仪在位监测受到光路设计,实验装置,固液界面以及光谱解析的影响,构建其监测系统是一个挑战。实验室前期对电化学沉积Cu2O薄膜进行了系统的研究,发现其沉积与沉积电压、溶液温度和pH值等密切相关。本文以电化学沉积Cu2O薄膜为例,从而在实验室构建椭偏仪在位监控电化学沉积系统。不同于真空薄膜生长,电化学沉积生长过程涉及到溶液层和固液界面,导致其在位监测是一 ...
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(三)-应用案例1.3应用案例椭偏仪在位监测已经广泛应用于薄膜生长、颗粒和生物大分子的吸附等领域。下面介绍一下椭偏仪在位监测在薄膜生长和颗粒方面的案例。1.3.1薄膜生长椭偏仪对厚度的无损测量使其可实现薄膜生长的实时监控。而不同时间生长时间其薄膜的性质及厚度不同,这样需要构建不同厚度的多层膜结构,从而实现在位监控,得到薄膜生长厚度随时间的变化信息。比如F.N.Dultsev等采用椭偏仪研究了沉积在硅表面的钛基体氮化机理、Yuki Ishikawa等采用原位椭偏仪研究了离子液体薄膜的玻璃化转变行为,Meng Yuan等提出了一种简便、无损伤的在位椭圆偏振法来监测 ...
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(二)-在位监控原理1.椭偏仪的在位监控半导体工艺比如CMOS的制作过程,会涉及到结构或者厚度的监控。例如在光刻前后,或者沉积与腐蚀过程,需要控制薄膜的厚度。而椭偏谱可以快速且无损伤进行测量,并且其测试精度可以达到原子级别,因此广泛应用于半导体制备工艺的在位监控中。比如,典型的32nmCMOS制做过程中大概会需要100次厚度的测试控制,而其中就有80次厚度测试需要利用椭偏谱对其厚度进行监控。通常要解构薄膜的厚度,会涉及到有效介质模型近似和Drude+Lorentz Oscillator模型的使用。利用椭偏仪不仅可以得到厚度信息,还可以得到薄膜的光学性质等信息, ...
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(一)-基本原理利用椭偏仪可以精确测量薄膜的厚度和光学常数,其测量原理基于不同偏振光(S,P)与材料的作用。如图1-1所示的单层薄膜模型中,所测的薄膜在衬底上,zui上层为空气,薄膜两侧介质都是半无限大,且薄膜上下表面皆是理想光滑表面,三种介质皆为均匀、各向同性介质。在实际测量过程中,单层模型的三种介质通常指的是空气、待测薄膜和基底。图1-1 光波在多层膜上的反射与透射光波在单层膜上的反射和透射示意图如图1-1所示。定义入射光波矢量E在垂直于入射面上的分量为P光,在入射面上的分量为S光。由折射定律及菲涅耳定律知、、的关系为:上述式子中,n1是空气的折射率(1. ...
椭偏仪与偏振相位(十二)-斯托克斯椭偏仪的偏振定标实验结果与结论将非线性zui小二乘法拟合得到的入射光的Stokes参数S1,S2,波片1的初始方位角误差和相位延迟δ作为已知量修正四点定标法和E-P定标法。修正后测得的仪器矩阵如图1所示,3种方法的结果基本保持一致。由此表明,非线性zui小二乘拟合方法在偏振定标过程中有效地提高了测量精度,避免了入射光源的偏振效应、定标单元中光学元件初始方位角和相位延迟误差对测量精度的影响。图1 修正后斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵x定标结果采用反演的方式来估计仪器矩阵的准确性,即通过测量各角度下的光强值,结合仪器矩阵反演出对应角度的斯托克斯分量,将其与理论值进行对比 ...
椭偏仪与偏振相位(十一)-斯托克斯椭偏仪的偏振定标测量实验1实验装置根据上述原理建立的实验装置示意图如图1所示。将配有高精度稳压电源的溴钨灯作为入射光源,出射光束经过光纤耦合器转化为准直度小于0.3°、光斑小于5mm的准直光束,并通过定标单元被斯托克斯椭偏仪调制和接收。定标单元中起偏器的消光比大于10000:1,波片1在中心波长532.4nm处为近1/4波片,由步进电机控制两元件旋转,转动精度优于2′,由计算机控制360°自由旋转。图1 斯托克斯椭偏仪仪器矩阵测量装置示意图实验中,被测量的斯托克斯椭偏仪由两个KD*P电光晶体KD*P1和KD*P2、波片2、检偏器和光纤光谱仪组成。高压调制器以倍 ...
非偏振分光镜对椭偏仪的影响(三)-NPBS1与NPBS1引入的误差分析NPBS1引入的误差分析根据式(14),用图2描述了NPBS1的方位角θ对椭偏参数测量误差的影响。(a)幅值比误差(b)相位差误差图2 NPBS1方位角对椭偏参数误差的影响由图2可知,NPBS1的对准误差对相位差测量的影响很小。当一0.1。时,椭偏参数误差约为:假设经过充分调节,NPBS1不存在方位角误差,即θ=0°,根据式(14)标定之后,NPBS1的退偏效应对椭偏参数误差的影响可以表示为:由上式可知,通过标定可以消除退偏效应对测量的影响;但是退偏效应的不稳定,即NPBS的p,s分量透射比、反射比K、反射相移、透射相移的波 ...
非偏振分光镜对椭偏仪的影响(二)-NPBS引入的椭偏参数误差NPBS引入的椭偏参数误差式(6)是假设所有器件均为理想状态下得到的结果。如果考虑到多层介质膜的退偏效应,NPBS的琼斯矩阵可以表示为:其中:和分别代表NPBS的透射率和反射率,下标p,s表示平行分量和垂直分量。式(8)可以归一化为:其中:K分别是p,s分量的透射比和反射比;分别是NPBS的反射相移和透射相移,如式(10)所示。如果NPBS的p,s轴方向与图1中的Y,X轴不完全重合,而是存在一个方位角误差θ,则NPBS的琼斯矩阵转换为:为简化分析过程,首先假设NPBS2为理想状态,只将NPBS1的琼斯矩阵用式(11)表示。根据上述分析 ...
非偏振分光镜对椭偏仪的影响(一)-系统原理Hazebroek等人于1973年首次提出了干涉式椭偏测量的概念,针对其中存在的问题,有人提出了使用塞曼激光和声光调制器的系统设计,还有人提出采用电光调制和波长调制半导体激光器的方案。Watkins采用压电晶体振荡的方法产生拍频,实验测量了SiO2膜,zui佳测量不确定度可达360pm。以上理论研究和实验表明,干涉式椭偏测量技术对于实时、快速薄膜测量有很好的应用价值与市场潜力,但外差干涉测量中存在的非线性误差是阻碍该技术实际应用的主要原因。外差干涉测量系统中的非线性误差一直是国内外研究热点,研究人员对激光源、偏振分光镜、波片、反射镜等误差源开展了很多研 ...
椭偏仪与偏振相位(十)- 仪器矩阵的非线性zui小二乘拟合定标原理图1为斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的定标光路示意图。光源发出的光束经过定标单元(起偏器和1/4波片组合)后,由斯托克斯椭偏仪探测得到4个光强,记为设定入射光的归一化斯托克斯矢量为根据偏振光传输理论,探测光强Iout。与入射光的斯托克斯参数Sin有如下关系:其中:为系统透射率,X为被测斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵,Mwp和MP分别为定标单元中波片和起偏器的Mueller矩阵,和分别是偏振片和波片的方位角,为波片的相位延迟。图1 斯托克斯椭偏仪仪器矩阵定标光路示意图非线性zui小二乘拟合方法中被拟合参数的选择如下:(1)选用消光比大于1000 ...
椭偏仪与偏振相位(九)- 传统的仪器偏振定标的误差斯托克斯椭偏仪是一种高速测量光波偏振态的仪器,能够近似实时地测量出描述入射光波偏振态的全部斯托克斯参数。在太阳物理研究领域,人们就是通过斯托克斯椭偏仪测量太阳光斯托克斯偏振分量来实现太阳磁场的测量,然后根据塞曼分裂原理得到太阳磁场与被测偏振态的关系,进而研究黑子、耀斑及日冕物质抛射等与磁场有关的太阳活动现象的。随着太阳物理研究的日益深入,天文学家对太阳磁场望远镜的偏振测量精度提出了更高的要求,例如美国的先jin技术太阳望远镜(ATST)要求其达到5*10-4,我国在研的深空太阳望远镜(DSO)和巨型太阳望远镜(CGST)则要求达到2*10-4。 ...
椭偏仪与偏振相位(八)- 利用消光式椭偏仪测量波片相位延迟量实验1消光式椭偏仪使用上海昊量光电设备有限公司的智能消光式椭偏仪,该椭偏仪主要由光源、光机系统、旋转样品台、电路控制系统及数据采集与处理软件组成。光源则采用的波长为632.8nm的氦氖激光器,适用于反射及透射样品测量。使用仪器测量(,Δ)时精度分别是0.O1°和0.02°。2实验过程调节椭偏仪处于直通测量状态,使标准1/4波片的快轴位于+45°,起偏器P位于+45°,检偏器A位于135°,这时系统达到了消光的状态。把待测波片安装在有刻度盘的旋转支架上,然后置于样品台,调节波片使其表面与入射光线垂直,转动待测波片,使得系统重新达到消光状 ...
椭偏仪与偏振相位(七)- 波片相位延迟量测量误差分析影响波片相位延迟量测量准确度的因素主要有:标准1/4波片的偏差及待测波片快轴与入射面夹角θ的误差等,下面从公式(4)出发,讨论两者误差对波片测量延迟量的影响:(一)当标准1/4波片和待测1/4波片的相位延迟量都是理想的90°时,得到δ与θ的关系如图1所示,θ的变化范围是-4°至+4°。可见,当标准1/4波片和待测1/4波片在理想情况下,待测1/4波片的方位角θ不影响其相位延迟量测量。图1当标准1/4波片理想时待测波片δ与其方位的角θ的关系(二)实际上,由于波片受温度,及制作工艺的影响,其相位延迟量不可能是理想的90°。若待测1/4波片的相位延 ...
椭偏仪与偏振相位(六)- 精确测量波片相位延迟量的原理波片是基于晶体双折射性质的偏振器件,在光线技术、光学测量以及各种偏振光技术等领域具有广泛的应用,其中1/4波片及1/2波片在偏振器件中应用尤其广泛。测量波片相位延迟量的方法主要有:光强探测法、旋光调制法、半阴法、光学补偿法等。这些方法主要基于对光强的测量,容易受光源的不稳定及杂散光的干扰,精度受到一定的限制,测量误差一般在0.5°左右。本文从理论上分析了利用椭偏仪测量波片相位延迟量的可能性,讨论了其测量精度及误差来源,并利用消光式椭偏仪测量了1/4波片以及1/2波片相位延迟量。实验表明:测量过程不受光强波动的影响,方法简单,操作方便,精确度 ...
椭偏仪与偏振相位(五)-相位延迟量测量的实验数据实验中,在前述测试系统上用上述几种方法测量了两片样品的位相延迟。两测试样品标称值分别为:630.2nm附近的λ/2波片和532.4nm附近的λ/4波片。光谱扫描曲线见图1,测量数据见表1、2。图1 光谱法测630.2nm附近λ/2波片的扫描曲线前面误差分析表明,光谱法测量λ/2波片的误差zui小,因而可以作为参考标准,其它方法测量结果可以与之相比较。由测量结果可见,光谱法与Soleil补偿器法测得结果的偏差约为0.19%,两种方法在误差范围内符合很好,得到了相互印证。而两种光强法的测量结果比照光谱法及Soleil补偿器法测量结果差异较大。而且按照 ...
椭偏仪与偏振相位(四)-光强测量法的原理及误差分析光强测量法1.测量原理所谓光强测量法是通过测量测试系统透过的光强值,利用透过光强与待测元件位相延迟关系计算出待测元件延迟值。测试系统构成与光谱扫描法相同,系统出射光强表达式也相同。式中Ω和θ是两个zui活跃的量,容易改变并准确测量。因此理论上讲,为避开对的测量,可任意测定两组不同的Ω和θ的光强值及,即可求出待测元件的延迟,其结果可以表示为:式(1)是光强法的通解。当保持θ不变,改变波片方位角Ω进行测量的方法为旋转待测波片法;而当保持Ω不变,改变θ的测量方法为旋转检偏器法。下面简述这两种常用方法的原理。(1)旋转待测波片法:旋转波片法通常采用读取 ...
椭偏仪与偏振相位(三)-补偿法的原理及误差分析补偿法1.测量原理补偿法是利用位相补偿器件将由待测元件产生的位相延迟补偿为0(或2π),从而测量波片位相延迟。通常有λ/4波片补偿法(Senamont法和Tardy法)和Soleil补偿器法。λ/4波片补偿法由于需要已知某波长处精确的λ/4波片,而且测不同波长的位相延迟需要不同波长的λ/4波片,所以此方法在高精度测量中并不可取,这里不再赘述。而Soleil补偿器的位相延迟连续可调,适用于不同波长延迟的测量,下面讨论这种方法。测试系统由起偏器、检偏器、待测元件和Soleil补偿器构成。通常起偏器和检偏器正交放置,Soleil补偿器的光轴与待测元件的光 ...
椭偏仪与偏振相位(二)-光谱扫描法的原理及误差分析光谱扫描法1.测量原理光谱扫描法是利用波片延迟与入射波长的函数关系,通过改变系统入射光波长,记录不同波长系统透过光强从而测得位相延迟的方法。测试系统由起偏器和检偏器及置于其间的待测元件等构成。若以起偏器透振方向沿x轴,双折射器光轴方位角为Ω,延迟为φ,检偏器透振方向为θ方向,则系统Jones矩阵可表示为:若以强度为的自然光入射,则系统出射光强可表示为:因此,测得Ω、θ、I(λ)及值即可计算出该波长所对应的延迟值。这种方法便于测量不同波长对应的位相延迟,若辅以精密的单色仪便可以方便快捷地获得大量数据。但考虑到系统表面反射及吸收损失,不易准确测得, ...
椭偏仪与偏振相位(一)-几种波片相位延迟测量的实验搭建波片是偏振光学技术中的重要元件,被广泛应用于光弹力学、现代光通讯技术、医疗诊断和物理学研究等诸多领域。在太阳物理研究领域,通过观测和分析太阳光的偏振状态可以得到太阳大气中磁场分布和演化等信息,以此可研究黑子、耀斑及日冕物质抛射(CME)等与磁场有关的太阳活动现象。现代太阳物理对磁场偏振测量精度要求甚高(10-3以上),而由于在太阳磁场测量设备的偏振分析器和滤光器中使用了大量波片,因而波片位相延迟精度将直接影响太阳磁场望远镜偏光系统的测量精度。随着研究的日益深入,人们对偏振测量精度提出了更高的要求,有些仪器,例如我国研制的大型空间太阳观测设备 ...
或 投递简历至: hr@auniontech.com