偏光解析法(エリプソメトリ)(ellipsometry)とは

光を試料表面に斜めに入射したとき，反射光の偏光状態を解析することによって試料自体の光学定数や表面に形成された薄膜の光学定数および膜厚を測定する手法である．入射電界ベクトルの入射面に平行な成分をE_ip，垂直成分をE_isとする．各成分が表面で反射したとき，その振幅反射率をr_p，r_s(実数)位相変化をδ_p，δ_sとすると，反射電界ベクトルは，E_rp=r_pexp(iδ_p)E_ip，E_rs=r_sexp(iδ_s)E_isとなる．したがって試料表面からの複素幅反射率比は，ρ=(E_rp/E_ip)/(E_rs/E_is)=tanφexp(iΔ)で表される．このときtanφ(=r_p/r_s)は試料表面の各成分の振幅反射率比，Δ(=δ_p-δ_s)はその位相差である．入射光が直線偏光のとき反射光は楕円偏光となり，この楕円の形状として長軸のp方向からのずれをθ，楕円率をεとすると，偏光解析パラメータφ，Δの関係としてtanφ=((1+tan²θtan²ε)/(tan²θtan²ε))^1/2，tanΔ=tan²ε/sin²θが求められる．エリプソメトリでは，φ，Δを測定することが重要で，楕円偏光の楕円の形状が決まれば求められる．この偏光解析パラメータと物質の光学定数およびその上に形成された薄膜の光学定数と膜厚には各種関係が成り立ち，偏光解析パラメータを測定することによってこれらを決定することができる．エリプソメトリを用いた測定器はエリプソメータであり，光源としては水銀灯の輝線やレーザー光が用いられる．この装置は，光学定数や膜厚を手軽にまた感度良く測定できる点で有用である．また原子オーダーの薄膜の場合にも精度良く変化を観察できるので，吸着，酸化膜の生成過程，表面粗さなどの表面科学の分野でも威力を発揮する．