Ellipsometer, Gerät zur Messung elliptisch polarisierten Lichtes. Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Meßprinzipien, die einerseits in Null-E. und andererseits in photometrischen E. verwirklicht sind, die ihrerseits in vielen Varianten verwendet werden.

1) Null-Ellipsometer. Der prinzipielle Aufbau besteht aus einer Reflexionsanordnung mit einem Polarisator vor der Probe und dem Kompensator und Analysator hinter der Probe (Abb.). Der Polarisator erzeugt linear polarisiertes Licht, das nach der Reflexion an der Probe elliptisch polarisiert ist. Der Kompensator, der eine Phasenverschiebung um 90° bewirkt, wird so gedreht, daß eine seiner Achsen parallel zur Achse der Polarisationsellipse des Lichtes ist. Der Drehwinkel ist gerade der Winkel ω, der die Orientierung der Ellipse beschreibt (Polarisation 1)). Durch die Drehung entsteht aus dem elliptisch polarisierten Licht linear polarisiertes. Dessen Schwingungsrichtung schließt mit der großen Hauptachse der Ellipse den für die Elliptizität charakteristischen Winkel γ ein (Polarisation 1)). Letzterer kann daher aus der 90°-Stellung des Analysators (Winkel α₂), zusammen mit der Kenntnis von ω, ermittelt werden. Das Kriterium für die richtige Winkelstellung sowohl des Analysators als auch des Kompensators ist das Intensitätsminimum (im Idealfall die Auslöschung des Lichtes). Das Null-E. ist für spektroskopische (wellenzahlabhängige) Messungen nicht geeignet, da die Phasenverschiebung des Kompensators von 90° nur für eine Wellenzahl erreicht wird.

2) Photometrisches E. Dieses arbeitet im Prinzip ohne Kompensator. Es wird die Intensität hinter dem Analysator für verschiedene Winkelpositionen α₂ dieses Bauelements gemessen (Abb.). Üblich ist die Anwendung eines rotierenden Analysators. Die beobachtete Intensitätsverteilung I(α₂) ergibt sich als Fourier-Reihe in α₂ mit den Stokes-Parametern als Koeffizienten:

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Die durch die Fourier-Analyse gewonnenen Stokes-Parameter erlauben die Berechnung der ellipsometrischen Parameter ψ und Δ (Polarisation 1)). Das photometrische E. benötigt im Prinzip keine zusätzliche konstante Phasenverschiebung und ist daher für die spektroskopische Ellipsometrie geeignet. Werden trotzdem Messungen mit einer zusätzlichen Phasenverschiebung, die durch einen Retarder realisiert wird, ausgeführt, so läßt sich auf diese Weise auch der Stokes-Parameter s₃ ermitteln. Auf diese Weise kann auch der unpolarisierte Anteil der Strahlung bestimmt werden (Polarimetrie). Die erwähnte Meßmethode ist weiterhin von Vorteil, wenn |cosΔ|≈1 ist oder Δ eindeutig im Bereich von 0° bis 360° bestimmt werden soll. Die wellenzahlabhängige Retarderphase wird durch Eichung bestimmt und rechnerisch bei der Auswertung berücksichtigt.

Ellipsometer: Aufbau.