スペクトル偏向計

一、スペクトル偏光解析器材料範囲に適用：

半導体、誘電体、ポリマー、有機物、金属、多層膜物質等

二、スペクトル偏光解析器技術パラメータ：

三、スペクトル偏光解析器関連分野：

半導体、通信、データ記憶、光学コーティング、フラットパネルディスプレイ、科学研究、生物、医薬…

四、スペクトル偏光解析器検出範囲：

1、以前、偏光解析器の動作波長は単波長または少数の独立した波長であり、zuiは典型的にはレーザー光を用いたりアークなどの強いスペクトル光をフィルタリングしたりして発生した単色光源であった。現在、ほとんどの偏光解析器は広い波長範囲で多波長で動作しています（通常は数百波長があり、連続に近い）。単波長の偏光解析器と比べて、多波長スペクトル偏光解析器は多層探査能力を向上させ、異なる波長の光波に対する物質の屈折率などをテストできる利点がある。

2、スペクトル偏光解析器のスペクトル範囲は深紫外の142 nmから赤外33µmまで選択可能である。スペクトル範囲の選択は、測定材料の特性、フィルムの厚さ、および関心のあるスペクトルセグメントなどの要素に依存する。例えば、ドーピング濃度は材料の赤外光光学特性に大きな影響を与えるため、赤外帯域を測定できる偏光解析器が必要である、フィルムの厚さ測定には、光エネルギーがこのフィルムを貫通し、基底に到達し、そして検出器によって検出される必要があるため、この測定対象材料の透明または部分的に透明なスペクトルセグメントを選択する必要がある、厚い薄膜では長波長を選択した方が測定に有利である。

五、スペクトル偏光解析器の動作原理：

1、偏光解析器の基本的な光学物理構造を提供した。入射光の偏光状態が知られており、偏光光はサンプル表面で反射され、測定により反射光偏光状態（振幅と位相）が得られ、材料の属性を計算またはフィッティングする。

2、入射光束（直線偏光）の電界は2つの垂直平面上でベクトル要素に分解できる。P平面パンは入射光と出射光を含み、s平面はこの平面に垂直である。同様に、反射光または透過光は典型的な楕円偏光であるため、器具は偏光解析器と呼ばれている。偏光に関する詳細な説明は他の文献を参照することができる。物理学的には、偏光状態の変化は複素数ρで表すことができる：

3、ここで、ψと∆はそれぞれ振幅と位相を記述する。P平面およびs平面上のFresnel反射係数は、それぞれ複素関数rpおよびrsで表される。rpとrsの数学的表現は、異なる材料境界上のMaxwell方程式の電磁放射を用いて得ることができる。

4、ここで、η0は入射角、η1は屈折角である。入射角は、入射ビームと研究対象の表面法線の角度である。通常、偏光解析器の入射角範囲は45°〜90°である。これにより、材料特性を検出する際に*の感度を提供することができます。各層の媒体の屈折率は以下の複素関数で表すことができる

5、一般にnは屈折率、kは消衰係数と呼ばれる。この2つの係数は、入射光が材料とどのように相互作用するかを記述するために使用されます。これらは光学定数と呼ばれています。実際には、この値は波長、温度などのパラメータの変化によって変化しますが。サンプル周囲の媒体が空気または真空である場合、N 0の値は通常1.000をとる。

6、通常偏光解析器は波長と入射角の関数としてのρの値（よくψと∆または関連する量で表す）。一度の測定が完了した後、得られたデータは、光学定数、膜層の厚さ、およびその他の関心のあるパラメータ値を分析するために使用された。下図に示すように、分析のプロセスには多くのステップが含まれています。

7、測定サンプルは、基材を含む材料ごとの複数の平面を含むモデルで記述することができる。測定されたスペクトル範囲内で、厚さと光学定数（nとk）を用いて各層を記述し、未知のパラメータに対して最初の仮定を行う。zuiの簡単なモデルは、表面に粗さや酸化がない均一なバルク固体である。この場合、屈折率の複素関数は直接表現される。しかし、実際の用途ではほとんどの材料が粗いか酸化された表面であるため、上述の関数式は使用できないことが多い。

8、次のステップでは、モデルを利用してGen.Dataを生成し、モデルで決定されたパラメータからPsiとDetlaデータを生成し、そして測定されたデータと比較し、生成されたデータと測定されたデータができるだけ*になるようにモデル中のパラメータを絶えず修正する。大きな基板上に膜が1層しかない場合でも、理論的にはこのモデルの代数方程式の記述は非常に複雑である。したがって、一般には反転問題と呼ばれる光学定数、厚さなどについて、上記の式のような数学的記述を与えることはできません。

9、zui通常の偏光解析器反転問題を解決する方法は減衰解析において、Levenberg-Marquardtアルゴリズムを応用することである。比較方程式を用いて、実験で得られたデータとモデルで生成されたデータを比較する。通常、平均二乗誤差は次のように定義されます。

10、場合によっては、zuiの小さいMSEは非物理的または非*の結果を生じる可能性がある。しかし、物理法則に合った制限や判断を加えると、良い結果が得られる。減衰分析はすでに偏光解析に成功した応用を受けており、結果は信頼性があり、物理法則に合致し、正確で信頼性がある。

六、スペクトル付随偏光器の構造：

1、スペクトル偏光解析器の測定には異なるハードウェア構成を使用するが、各構成は既知の偏光状態のビームを生成することができる必要がある。測定試料で反射された後の光の偏光状態を測定した。これには、偏光状態の変化量ρを定量化できる機器が必要である。

2、一部の器具はρを測定し、回転によって初期偏光状態を決定する偏光板（偏光器と呼ばれる）である。第2の固定位置の偏光板（偏光検出器と呼ばれる）を再利用して出力ビームの偏光状態を測定した。他の機器の中には偏光子と検波器を固定し、中間部分で偏光の状態を変調し、例えば音響光学結晶などを利用して、zuiは出力ビームの偏光状態を最終的に得るものもある。これらの異なる構成のzui終端結果は、波長及び入射角複素関数ρとして測定される。

3、適切な偏光解析器を選択する場合、スペクトル範囲と測定速度も一般的に考慮すべき重要な要素である。選択可能なスペクトル範囲は深紫外の142 nmから赤外の33µmまでです。スペクトル範囲の選択は通常、応用によって決定されます。異なるスペクトル範囲は材料に関する異なる情報を提供することができ、適切な機器は測定するスペクトル範囲と一致しなければならない。

4、測定速度は通常、選択された分光器（波長を分けるために）によって決定される。モノクロメータは単一、狭帯域の波長を選択するために使用され、モノクロメータ内の光学デバイスを移動することによって（一般的にコンピュータによって制御される）、モノクロメータは興味のある波長を選択することができる。この方法は波長が正確ですが、1回に1つの波長しかテストできないので、速度が遅いです。モノクロメータを試料の前に置くと、試料に到達する入射光の量が著しく減少する（感光材料の変化が回避される）という利点がある。もう1つの測定方法は、スペクトル範囲全体を同時に測定し、複合ビームの波長を展開し、検出器アレイを利用してそれぞれの異なる波長信号を検出することである。高速測定が必要な場合は、通常この方法を使用します。Fourier変換分光計はスペクトル全体を同時に測定することもできますが、通常はアレイではなく検出器を1つだけ必要とし、この方法は赤外スペクトル範囲に適用されます。