应用
在半导体领域，可以测量基底，薄膜，光 刻薄膜等。在化学领域，可以测量聚合物薄膜，自组装膜，蛋白质等。在显示领域， 可以测量 TFT 薄膜，透明电导氧化物，有机发光二极管。在数据存储领域，可以 测量CD与DVD的相变介质，同时也支持磁光材料的测量。而实时监控则可以应
用到化学气相沉积 (CVD)，分子束外延 (MBE) 等。
特点
优势 | 劣势 |
高灵敏度，高精度。由于不需要测定反射光强，极低的信号也可以得到准 确的结果，且厚度测量精度可以达到±0.1nm。 | 并非直接表征，在数据分析的时候需要建模。 |
无损。由于是光学测量，其对样品是非直接接触的。 | 数据分析有时候会变得复杂 |
快速。目前的技术，对样品的一次测量可以控制在几秒内。 | 很难表征较低的吸收系数 (α < 100cm−1) |
使用范围广。光谱椭偏术对样品的限制低，可实现对固态材料，液态材料，
体材料，薄膜材料，各向异性材料，磁性材料的测量。 | ㅤ |
发展历程
1669年，丹麦Barrolinus教授第一次发现方解石晶体可以产生双折射。19世纪 20 年代，Young 与 Fresnel 深入的研究了光的偏振。1853 年，英国物理学家 Stocks 给出了光偏振态的表达式。但直到 1887 年，Drude 首次从理论与实验上首次提出椭偏术 [5]。并在 1901 年的著作中发表了关于第一部以人眼作探测器的椭偏测量 装置。他同时推到了椭偏术的有关方程，并沿用至今。而他的Drude模型解释了金属的光学特性。1975 年美国贝尔实验室的 Aspnes 通过光栅单色仪调节波长变化， 实现了波长 220-720nm 的计算机控制全自动式光谱椭偏测量，这种装置不仅缩短 了测量时间，同时也提高了测量精度 。又过了 10 年，Muller 与 Farmer 首次报 导了实时监控的光谱椭偏装置，大大提升了测量数据量 [7]。如今，光谱椭偏装置 持续改进，并衍伸为几种不同类型的装置。而随着计算能力的大幅提高，椭偏术 克服了自身数学上的诸多困难，自动化程度，测量速度，数据处理速度均得到了极 大的提高。针对不同用途的各类椭偏仪层出不穷。在国内许多高校的近代物理实 验与专业实验中，都设有利用椭圆偏振法测量薄膜的实验，成为一种重要的测量 手段。光谱椭偏仪实时测量在工业应用领域得到了迅速而广发的应用，其高精度的光学表征与薄膜厚度测定也成为了科学研究中的标准。
原理
当光线经过材料表面反射或透射时，不同偏振的反射或透射率不同，且受材料折射率、吸收系数、厚度等影响，由菲涅尔系数给出。通过测量反射偏振相对强度，可得到材料介电常数、膜厚等信息。
对于反射式椭偏术来说，通常保持入射p偏振与s偏振相等，测量反射p偏振与s偏振的相对强度与振幅，并用Psi和Delta表示。
各向异性材料
而对于各向异性材料的测量，入射p偏振会影响反射s偏振的结果，一般可以采用琼斯矩阵来表示：
磁光材料
对于磁光材料，偏振光会受到磁矩影响，一般称经过磁光材料透过的偏振变化为法拉第效应，经过磁光材料反射的偏振变化为克尔效应。
磁光材料的介电张量可以表示为：
而其中的磁光部分可以改写为Voigt磁光耦合参量形式：
最终通过测量琼斯矩阵元相对值，即可得到磁光参数Q，从而求解整个磁光材料的介电张量
表征与拟合
根据样品的不同，拟合方法也有所差异。主要有体材料，薄膜，多层膜等。对 于体材料，直接建模调整参数进行拟合即可 (透明的体材料需要考虑非理想情况)； 对于薄膜材料，则需要先提供基底的光学参数，再此基础上对薄膜进行拟合; 对于 多层膜材料，则需要从基底开始，逐层确定光学参数，确保唯一解。考虑分析的复 杂度，以下以各向同性薄膜为例，考虑三种情况下的薄膜分析。准确的基底光学参数，可以使薄膜的分析结果更可信。
透明膜
对于透明薄膜，由于其全波段透明 (k=0)，于是需要得到的光学参数只有折射率 n 与薄膜厚度 d。我们通常用 Cauchy 色散方程来表示透明薄膜，Cauchy 方程的 公式为:
这里，k_{amp} 一般为 0，E 为波长对应的光子能量。
半透明半吸收膜
半透明膜指在某一波段上透明 (k=0)，而在其他波段有吸收 (k>0)。仅用 Ψ,∆ 两个量来得到 n，k,d 三个量是很难的。为了使分析更准确，我们可以选取透明波 段，这样只有 n,d 两个未知量。用 Cauchy 进行拟合并得到准确的薄膜厚度 d 后，保持 d 不变，再通过模型去拟合吸收波段，从而得到半透明膜的光学常数
吸收膜
吸收膜的椭偏测量比透明膜要难不少，因为即使多角度测量，薄膜的光学常 数依然很难直接定下来 (膜越薄越难定)。因此我们需要通过模型去尽可能的拟合 它，使其MSE尽可能的低，这需要一定的经验与耐心。对吸收膜而言，常用的模型由两种:B-spline(B 样条) 模型与 Gen-Osc(通用振子) 模型。
分析的其他考虑
我们通常假设样品处于理想情况，即表面光滑，介电常数仅是波长的函数，各向同性，无任何背面反射与退偏情况。而大多数样品很难达到理想，我们还需要考虑样品的非理想情况.
粗糙度与梯度
光谱椭偏术对表面状况非常敏感，表面的粗糙层将会影响测量结果与分析。我 们将表面粗糙层与空气的介电常数 1：1 混合考虑 (有效介质近似，EMA)，来计算 粗糙层对结果的修正，软件自带的 Surface Roughness 将膜厚的一部分考虑为粗糙 层厚度，而模型库中 EMA 模型则在膜厚基础上增添一层粗糙层厚度，如图3.2所 示，粗糙层对椭偏参量具有明显的影响。对于有些材料，如TiO2，其介电常数可 能存在梯度层，即介电常数与膜深度相关。考虑介电常数梯度可降低拟MSE,一般的，我们可以将薄膜等分成多个膜层进行建模。
膜厚不均一
对于某些膜厚不均一的样品，哪怕在微光斑下也能观测到其膜厚的不均一。膜 厚的不均一将会影响椭偏参量 (如图3.4)，使模型很难完美拟合，尤其对于厚膜，不 均一性的考虑更加重要，我们可以通过退偏率 (Depolarization) 来判断，厚膜的退 偏程度更高，对结果的影响不容忽视。RC2 椭偏仪内置双旋转补偿器，可以精准识别退偏率，分析时，将退偏明显的退偏数据作为你和参数考虑进去即可。
各项异性样品
各向异性样品存在多种情况，以单轴材料为例 (如四方晶系，六 方晶系的单晶样品)。对于透明膜材料而言，如果是单轴而且光轴垂直样品表面，可 以先将其当作各向同性样品拟合，然后利用软件将模型转化为各向异性模型分析。 而如果是体材料，由于其多角度测量很难将 εo, εe 区分开来，多样品测量显得尤为 必要。一个很好的办法是使光轴 (c 轴) 平行于样品表面 (a-plane)，然后使入射面垂直于 c 轴测量一次，再使入射面平行于 c 轴测量一次.
因此，当介电常数与薄膜深度有关时，需要考虑梯度效应；对于厚膜，常常需 要考虑不均一问题；对于透明的各向异性单轴样品，很容易通过转化分析得到面内面外的结果。退偏数据与多角度测量对解决非理想情况也有很大帮助。
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