论文部分内容阅读
成像椭偏仪是一种结合了椭偏测量技术与显微成像技术的测量仪器，它能够以高的空间分辨率完成对大尺寸样品的一次性参数测量。得益于这种优异的性能，成像椭偏仪已经广泛地应用在了多个领域，比如:生物蛋白相互反应的实时监测，不均匀薄膜样品的三维形貌测量，二维材料的参数测量，自组装单层的实时监测。可以预见，成像椭偏仪将在未来的科研及生产活动中发挥更大的作用。针对目前商用市场上成像椭偏仪存在视场小、成像性能不够优异等现状，本论文将致力于研制一台高性能、大视场的成像椭偏仪以及开展基于该仪器的应用研究，具体的工作包括: 1.概述了椭偏技术发展历程及国内外研究现状，对成像椭偏仪的种类和椭偏数据处理方法做了一个归纳，详细介绍了椭偏测量技术的基础理论，包括:光波偏振态的描述方法，起偏器、补偿器和相位调制器的基本理论，椭偏参数测量方法，椭偏数据反演的基本流程。 2.完成了大视场成像椭偏仪的总体方案设计，介绍了仪器的光学、机械、电路、软件等各个子功能模块的研制工作，重点研究了椭偏数据处理算法，并编写了大视场成像椭偏仪的控制软件和数据处理软件。在仪器的装调过程中，提出了一些针对仪器关键部件偏振参数的测量技术，基于这些技术完成了仪器的装调工作。利用多个半导体薄膜样品对装调好的仪器进行了标定，标定后的仪器测量精度达到了与商用椭偏仪相当的测量精度。 3.研制的大视场成像椭偏仪具有视场大、成像性能优异的特点，基于该特点开展了两种薄膜参数测量应用研究。研究了一种大尺寸均匀薄膜光学参数与表面缺陷测量技术，该技术可以快速地测量出均匀薄膜的表面缺陷，并且可以精确地测得薄膜的光学常数。提出了一种大尺寸石墨烯边界快速测量技术，利用该技术可以快速、精确的测量出基底上石墨烯层的边界位置。 4.研制的大视场成像椭偏仪可以与表面等离子体装置进行联调，基于此，开展了结合大视场成像椭偏仪的两种超薄金属薄膜测量技术研究。研究了一种基于平凸透镜Otto结构的SPR椭偏测量技术，该技术可以实现对厚度＜10nm的超薄金属薄膜的厚度、折射率、消光系数等参数的测量。提出了一种基于柱面透镜Otto结构的SPR测量技术，在该技术中，通过对P光入射下采集的单幅图像进行处理就可以得到金属薄膜在一维方向上的厚度分布。