1ms/单点的反应时间工作，同时具有良好的信噪比。这使 得椭偏仪成为实时过程控制、动态监测研究、液体表面实 时测量的理想工具。
• 先进的测量能力 退偏效应 退偏可能发生在非相干反射、粗糙表面、散射、光
谱分辨率不足、材料不均匀等情况下。 通过测量Is,Ic,Ic'，UVISEL 软件可以计算偏振度，偏振
• 高灵敏度 椭偏仪的灵敏度由使用的特殊元件决定。当采用
PEM 作为关键元件时，50kHz 的调制频率提供了一个 无噪声的宽动态范围。与强大的数字信号平均法结合， UVISEL 相位调制型椭偏仪从远紫外到近红外都具有优异 的信噪比。
• 高速数据采集 在 50kHz 的调制频率下，相位调制型椭偏仪能以
UVISEL 相位调制椭偏仪的结构如下图所示：
什么是光弹调制器？
光弹调制器采用的石英块在无应力时表现为各向同 性，是一种用于双折射调制光学元件。
如果在石英块上施加机械应力，例如通过安装在石 英块两端的压电传感器施加应力，调制器就会产生双折射 性(no≠ne)。这意味着当光通过调制器时，两个偏振方向振 动的光的相速度不同，从而引入调制的相位偏移。
样。 NIST 100nm 标样给出以下认证值（单层模型）： 厚度: 973.00 Å 折射率: 1.465
• 定义 重复性定义为同一点上 10 次静态测量的标准差。 精确度为 10 次测量的样品特性（厚度和折射率）平
均值与 NIST 标称值之差。
在整个光谱范围内，测量结果显示出非常好的可重 复性：
厚度的平均值：973.23 ± 0.11 Å, 折射率的平均值：1.4627 ±0.00006. 根据以上定义，UVISEL 的精确度为： 厚度：0.23 Å 折射率：0.002
光子能量（eV） 以2000ms积分时间在1.5-5eV范围内进行透射空气椭偏测量。
光谱椭偏技术
UVISEL相位调制型椭偏仪性能说明
Δ接近0°时,椭偏测量精确性： 透射空气测量
空气是椭偏参数确定的材料：透射空气的椭偏测量 应得到 Ψ=45°, Δ=0°。
• 性能： 以 70°入射角，积分时间为 200ms /单点，光谱范
围 190-2100nm 测量 10 次 100nm NIST 标样。使用 c-Si上 单层 SiO2 模型。 SiO2 的光学常数由经典洛伦兹谐振子 （classical Lorentz oscillator）色散公式描述。
• 全范围内 Ψ 和 Δ 的高精度测量 相位调制型椭偏仪通过测量以下参数在全范围内获
取样品 Ψ 和 Δ 的最优化值：
Is=sin2ψsinΔ Ic=sin2ψcosΔ
和： Is=sin2ψsinΔ Ic'=cos2ψ
在 0°— 360° 全范围内 实现 Δ 参数的精确测量
在 0°— 90° 全范围内 实现 Ψ 参数的精确测量
Ψ 平均值：44.98°--45.02°。 Δ 平均值：-0.02°--0.02°。 标准差：Ψ为0.0035，Δ为0.0057，均在 ±0.01º 以内。
椭偏仪的精确性和可重复性
• 标准参考材料 UVISEL椭偏仪精确度和可重复性测试采用美国国家
标准技术研究所（NIST）提供的标准参考材料（SRM）。 标样包括硅片上热氧化物，并使用 NIST 100nm 标
采用光栅单色仪分析光信号，按顺序将各波长导入 探测器。使用的探测器分为两类：一种是应用于远紫外— 可见光的光电倍增管，另一种是应用于近红外的 InGaAs 光电二极管。
扫描单色仪系统具有以下优点: 带宽可控实现精确 的实验光谱，高分辨率适用于测量厚薄膜，并具有优异的 测量重复性。HORIBA Jobin Yvon 的新型单色仪能在短时 间内进行从远紫外到近红外的测量。
度定义如下：p=(Is)2 + (Ic)2+ (Ic')2 --当 P=1 时，样品无退偏。 --当 P<1 时，样品有退偏。
光子能量（eV）
光子能量（eV） 5um 有机层产生退偏，偏振度 <1。
硅基底
硅基底上 的超薄层

□ 米勒 (Mueller) 矩阵
UVISEL 相位调制型椭偏仪能测量多达 11 个米勒矩 阵元。米勒矩阵对研究样品退偏和各相异性非常有用。
相位调制椭圆偏振仪是如何工作的？
光学装置
相位调制技术介绍
光源采用光谱范围从 190nm 到 2100nm 的氙灯。通过 起偏器产生线偏振光，光以某一倾角（一般为 70°）在研 究的样品表面反射。输出装置由一个光弹调制器和一个分 析反射光束偏振态的检偏器组成。
光弹性调制器使反射光产生相位偏移，同时两个偏 振片保持固定。
光源 起偏器
探测器 检偏器 光弹调制器
样品 UVISEL 的光学装置
光弹调制器工作示意图
光谱椭偏技术
光弹调制相比于其它偏振调制具有哪些优点?
• 宽光谱覆盖 能够覆盖远紫外到近红外光谱范围，无需多个硬
件装置，无需旋转任何光学元件，UVISEL 即可实现从 190nm 到 2100nm 的连续、精确测量。
• 大接收角范围 光弹调制器的光学元件具有很大的入射角容限，系
统对准非常简单。由于光束不沿着旋转元件的主轴前进， 在液体池和沉积/刻蚀反应器里在线测量时是一个很大的 优点。
• 微光斑功能 UVISEL 集成了用于光学耦合的反射镜，在整个光谱
范围内可以提供小至 50 微米的微光斑。微光斑测量对于 表征半导体晶圆上的图案、显示器材料和生物传感器是十 分有用的，还具有可分析粗糙层和透明基底样品的优点。
Technical Note
光谱椭偏技术 HSC-TH00AN01-V1
相位调制技术概述
HORIBA Jobin Yvon 的 UVISEL 系列椭圆偏振光谱仪使用光弹调制器进行无机械运动的高频 (50kHz)偏振调制。应用这项技术使系统具有诸多优点：快速，无运动部件，无需额外光学元件即可 在宽光谱范围内进行精确测量。和传统椭偏仪相比，相位调制技术在表征薄膜厚度和光学常数时具 有更高的灵敏度。