12，什么是原位光谱椭偏？

原位（in situ）意为“在原位”。对于椭偏测量，这指在样品置于特殊腔室或池中时进行实时测量。原位椭偏要求椭偏仪与工艺腔室/池连接，或将腔室/池安装在椭偏仪基座上。下图示意一台M-2000 光谱椭偏仪安装在 ALD 腔室上，膜正在沉积。原位表面测量可监控膜层生长。更多信息见“用于 ALD 工艺的光谱椭偏”。

金属氧化物薄膜厚度：Al2O3、Ta2O5 和 TiO2 随 ALD 循环次数的变化，由原位椭偏仪测量确定。

较小的工艺腔室和池可接到椭偏仪基座以实现薄膜变化时的原位测量。液体池、电化学池或 QCM 池可易于安装以监控液-固界面随工艺变化的情况。还可安装加热台或低温台以原位监测样品温度。

13， 光谱椭偏仪与分光光度计（反射/透射）测量相比如何？   

光谱椭偏仪（SE）与分光光度计（R/T）均为光学测量技术。椭偏测量偏振变化，R/T 测量反射或透射光强度。这两种技术通常互补，可结合用于提供关于有吸收薄膜的更多信息。

光谱椭偏有若干显著优势。首先，光谱椭偏获取相位信息Delta，对非常薄的表面薄膜（<10nm）高度敏感。图 1 显示在 Si上 10nm SiO2 层上厚度变化 0.1nm 引起的反射率变化。典型反射率测量系统无法将强度值精确到优于 0.1%，因此反射测量对超薄膜厚度的微小变化不敏感。（反射精度可能优于 0.1%，但需要数据准确性以保证厚度准确。）图 2 显示对类似薄膜厚度变化椭偏的灵敏度。典型椭偏仪可将 psi 和 delta 精确测至优于0.02° 和0.1°。甚至亚埃级的膜厚变化也可被该技术轻松捕捉。

Si上10nm SiO2层厚度变化0.1nm，椭偏对超薄膜的灵敏度远高于反射，注意相位信息。

其次，椭偏通过测量值的比率来测量光的偏振状态，而非绝对强度。这使得光谱椭偏在低光或光强波动时仍能保持较高精度。第三，由于反射率测量绝对强度，它需要“准确的”（校准过的）标准才能进行定量测量，该标准必须维护以确保长时间保持测量准确性。

14，为什么 Woollam 的光谱椭偏系统在光学设计中使用补偿器？

每台Woollam椭偏仪系统均配备偏振态调节补偿器。VASE和VUV-VASE采用样品前的专利AutoRetarder，而M-2000、alpha-SE和IR-VASE则使用旋转补偿器技术。补偿器在椭偏仪设计中具有多项优势，包括：

在任何样品上都能实现高精度。

测量 Psi 的全部范围（0 到 90°）和 Delta （0 到 360°）。

确定退偏振（见 15，什么是退偏振）。

测量更多 Mueller 矩阵元素（见 16，什么是穆勒举证 ）。

AutoRetarder

AutoRetarder是一款电脑控制的MgF2 Berek波片，用于在光路中精确引入相位延迟。补偿器可在宽光谱范围（140–2500nm）内产生0–90°的延迟值，并自动调节以在任何样品上获得最高测量精度。

旋转补偿器

旋转补偿器椭偏仪 (RCE) 配置在样品前或样品后旋转补偿器以连续调整延迟。这使得测得的光谱椭偏数据可同时从多重偏振状态计算得到。该技术的一个关键优点是可与 CCD 检测兼容，从而在不到一秒的时间内并行读取整个光谱。没有其他技术能在少于1秒内于数百个波长上提供高精度的光谱椭偏测量。

15，什么是退偏振？

光谱椭偏测量确定光束在从表面反射或透射时偏振的变化。如果测量系统和样品理想，入射光和探测到的光都是完全偏振的。但现实中的测量系统和样品会使部分光变为非偏振。退偏振描述了已变为非偏振光的百分比。

包含补偿器的椭偏仪系统可以测量去偏振。因此，所有Woollam 椭偏仪都能测量关于样品或测量的这一附加信息。测量系统产生的退偏振归类为角度扩散、带宽效应或两者兼有。样品若不均匀或存在背面反射，也会引入退偏振。

退偏振测量对于量化非理想样品的影响非常有用，这些样品可能涉及不均匀薄膜厚度或图案化层。退偏振测量在表征透明基板上的薄膜时也很有价值，如果光从基板背面反射，返回到探测器并与来自顶表面的反射不相干，这常导致测量光束的退偏振，可用于量化背面反射带来的影响。

16，什么是穆勒矩阵？

穆勒矩阵完全描述了光与镜面反射样品的相互作用。与只能表示偏振光的琼斯矩阵不同，穆勒矩阵可描述偏振、部分偏振乃至非偏振光。穆勒矩阵是一个4×4矩阵，描述光的反射或透射。入射和出射光束由各自的4元斯托克斯矢量表示。

任何带补偿器的椭偏仪（参见 为什么 Woollam 光谱椭偏系统在光学设计中使用补偿器？）都可以测量穆勒矩阵的16个元素中的12个。如果在样品前后都放置补偿器，则可测量全部16个元素。不过穆勒矩阵存在大量冗余，使得对所有常见样品在不测量整个穆勒矩阵的情况下也能完全表征。下式显示了各向同性样品的穆勒矩阵。如果测量完全偏振，则只需测量两个参数：Psi 和 Delta。即便样品有退偏振，也只需测量穆勒矩阵的3个元素。对于各向异性退偏振的样品，独立参数增加到七个。对于更复杂的样品，穆勒矩阵元素可用于观察样品引起的交叉偏振和散射效应，即使这些效应无法建模。

17，在选择光谱椭偏仪时我应考虑哪些因素？

决定哪种椭偏仪满足你需求的最好方法是与专家交谈。你可以致电 芷云光电有限公司并要求与应用工程师交谈（021-64326124），或发邮件至sales@gen-opt.com，你将联系到使用过各种椭偏仪以及对广泛样品进行过测量的工程师。你还可以要求应用工程师给你一份“高级”用户名单。这些是长期使用特定类型椭偏仪进行研究的参考客户，他们乐于分享他们的椭偏经验。

比较不同可用椭偏仪时，你需要考虑：

波长范围……可测波长的数量和范围都是椭偏仪解决薄膜测量问题能力的重要因素。

入射角范围……大多数样品可用单一入射角测量。如需多角度测量（宜用于多层、各向异性材料和复杂结构），请与我们的工程师讨论样品需求。

测量速度……若进行原位测量或需在样品上测量多个点（膜厚均匀性），速度非常重要。虽然几乎所有椭偏仪可在一瞬间采集数据，但基础技术可能仅在单一波长（或有限波长）下实现高速。进行实时光谱测量需要CCD

检测，如我们的 M-2000 仪器。

准确性……大多数椭偏仪的测量精度和准确性远超用户的典型需求。例如，自然氧化层测量的精密度通常可达0.003nm或更好。

技术……椭偏仪所用技术本身往往并非直接重要，但正是这些技术决定了我们已列举的特性，如波长范围、速度和准确性。

功能……请考虑您应用的不同需求以及椭偏仪是否可在日后升级以满足未来需求。典型附件包括用于样品平移台、液体池、温控台、聚焦光斑，甚至波长范围扩展等。

价格……椭偏仪系统的价格范围很广。存在满足大多数预算的简单与高端配置。

18，为什么我应该选择 Woollam 的光谱椭偏系统？

自成立以来，J.A. Woollam 公司专注于光谱椭偏测量技术的发展与改进。J.A. Woollam 公司于1987年成立，以回应内布拉斯加大学林肯分校数十年研究积累带来的商业需求。我们的努力促成了100多项专利和众多奖项。超过半数的 J.A. Woollam 员工是致力于这一技术进步的科学家与工程师。J.A. Woollam 在光谱椭偏测量方面拥有无人能及的专业水平。我们的应用工程师几乎见过所有可能的椭偏应用。这一点与我们多样化的产品线相结合，使 J.A. Woollam 能为任何应用提供卓越的应用支持。我们的椭偏分析软件能够处理最复杂的分析，同时保持工业应用所需的易用性。

J.A. Woollam 致力于提供最优质的产品并提供卓越的数据分析支持。