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椭偏技术在6H-SiC晶体光学常数的测量与分析

马峥  
【摘要】:椭偏技术是一种通过测量光束在介质界面上反射或透射时偏振态的变化情况来研究待测样品的光学性质和表面形貌的技术手段。椭偏仪测量的是两个量(甲和△),分别代表P态偏振光与S态偏振光的经过样品后的振幅比和相位偏转角。由于其测量过程对样品的无损性以及高的测量精度等诸多优点,在光学工业、电子工业、生物化学、金属材料等越来越多的领域取得了广泛的应用。 本文主要研究内容是利用椭偏技术对各向异性单轴晶体的光学常数的测量及其数据处理分析过程,文章较为详细的介绍了椭偏测量技术的发展历史、未来发展趋势、椭偏技术优势与局限、椭偏仪的分类以及国内外的研究进展等方面的内容。并系统的对椭偏技术的基本工作原理和光在晶体材料中的传播规律做了较为全面的阐述和理论推导,进而得到了晶体材料的反射率矩阵和椭偏方程。文章以第三代半导体的优秀代表6H-SiC作为研究对象,并通过综述的形式对其结构和性能、国内外的研究进展等做了介绍,并且通过实验对6H-SiC晶体的光致发光性质做了简单的研究,对各个发光峰产生的机理进行了分析。 此外,作者通过大量的文献研究以及丰富的实验操作经验,总结和提出了一种对晶体材料的切实可行的测量过程以及数据处理分析方法,这也是本文的创新点所在:采用光轴垂直于样品表面的方式测量,以减小测量中由于晶体光轴的方向的不确定性所带来的误差;对样品进行单面抛光,背面打磨的处理方式消除背反射引起的消偏振效应;为满足椭偏数据分析的要求,我们采用多入射角的方法进行测量,并采用多次测量取平均值的方法以降低测量误差;对入射角度采用标准样品校准,以消除误差;采用数值反演的方法并选择合理的误差评价函数作为分析程序的基础,再结合程序的具体流程,设计椭偏数据的分析程序;最后对程序反演的结果,采用合适的光学模型进行数值拟合,得到了与文献符合度非常好的数据。


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