椭偏仪的工作原理是什么？在工业中有哪些应用？

原标题：椭偏仪的工作原理是什么？在工业中有哪些应用？

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椭偏仪有着测量精度高、快速多次测量且长期可靠性的优点，常常被用来检测化学材料微观结构、超薄膜厚度等实验。科研人员发现椭偏仪可以和很多技术并用，比如：原子力显微镜、拉曼光谱仪等。这使椭偏仪被广泛地运用在研究材料、生物以及医药制造等领域中。

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椭偏仪

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椭偏仪的工作原理：

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入射光束（线偏振光）的电场可以在两个垂直平面上分解为矢量元。P平面包含入射光和出射光，s平面则是与这个平面垂直。类似的，反射光或透射光是典型的椭圆偏振光，因此仪器被称为椭偏仪。在物理学上，偏振态的变化可以用复数ρ来表示：其中，ψ和∆分别描述反射光p波与s波振幅衰减比和相位差。P平面和s平面上的Fresnel反射系数分别用复函数rp和rs来表示。rp和rs的数学表达式可以用Maxwell方程在不同材料边界上的电磁辐射推到得到。

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其中ϕ0是入射角，ϕ1是折射角。入射角为入射光束和待研究表面法线的夹角。通常椭偏仪的入射角范围是45°到90°。这样在探测材料属性时可以提供最佳的灵敏度。每层介质的折射率可以用下面的复函数表示。

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通常n称为折射率，k称为消光系数。这两个系数用来描述入射光如何与材料相互作用。它们被称为光学常数。实际上，尽管这个值是随着波长、温度等参数变化而变化的。当待测样品周围介质是空气或真空的时候，N0的值通常取1.000。

通常椭偏仪测量作为波长和入射角函数的ρ的值（经常以ψ和∆或相关的量表示）。一次测量完成以后，所得的数据用来分析得到光学常数，膜层厚度，以及其他感兴趣的参数值。

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椭偏仪在各工业的应用：

1、可用于实验室研究，教学，在线制程监控，工业品质控制等应用。

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2、半导体行业：硅的氧化物和氮化物，高和低k介质、多晶和非晶硅薄膜，光刻胶。

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3、光学涂覆工业：高、低折射率薄膜如SiO2，TiO2，Ta2O5，MgF2，等。

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4、显示行业：导电层（如ITO），非晶硅薄膜、有机薄膜（OLED技术）。

5、数据存储产业：类金刚石薄膜。

6、R&D 工序：薄膜沉积的原位表征（速率和光学常数）对应工艺条件的变化值，适用于MBE、MOCVD、ALD、溅射等。

7、化学和生物：亚-单层材料吸附液体中的细胞实验检测。

8、工业：在线监测和控制薄膜的厚度。

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