Ellipsometri är en optisk teknik för att mäta tjockleken och optiska egenskaper hos extremt tunna filmer, eller lager, av material. De mätbara egenskaperna är brytningsindex, eller hur mycket ljus som böjs, och nivån av ljusabsorption, som kallas absorptionskoefficienten. En ellipsometer är en enhet som används för att utföra dessa mätningar.
Ellipsometrar fungerar genom att lysa en väldefinierad ljuskälla på ett material och fånga reflektionen. Moderna ellipsometrar använder lasrar, vanligtvis helium-neonlasrar, som källa. Ellipsometerstrålen går först genom en polarisator så att endast ljus som är orienterat i en känd riktning tillåts passera. Den går sedan genom en anordning som kallas en kompensator, som elliptiskt polariserar ljusstrålen. Det återstående ljuset studsas sedan av materialet som studeras.
Analysen är beroende av Snells lag; när en ljusstråle träffar ett material, kommer en del att reflektera omedelbart, och en del kommer att passera till den bortre sidan av materialet innan de reflekteras. Genom att mäta skillnaden mellan de två reflektionerna kan anordningens tjocklek bestämmas. Det reflekterade ljuset genomgår också en förändring i polarisation; denna förändring används för att beräkna brytningsindex och absorptionskoefficient.
För att en ellipsometer ska fungera korrekt måste materialet som undersöks uppfylla vissa fysikaliska egenskaper. Provet måste bestå av ett litet antal väldefinierade lager. Skikten måste vara optiskt homogena, ha identisk molekylstruktur i alla riktningar och reflektera betydande mängder ljus. Om något av dessa krav överträds kommer standardprocedurerna inte att fungera.
Ellipsometrar är extremt känsliga enheter som kan mäta lager så tunna som en atom. De används ofta i halvledartillverkning där successiva lager av material kemiskt odlas ovanpå varandra.
Ellipsometri är icke-destruktiv; ett material som mäts med en ellipsometer påverkas inte negativt av processen. På grund av denna funktion ökar användningen av ellipsometrar inom de biologiska vetenskaperna. Biologiska material är mycket mindre enhetliga än tillverkade material och har i allmänhet inte de fysiska egenskaper som krävs för traditionell ellipsometri. Nya tekniker, som att använda flera ellipsometrar arrangerade i olika vinklar, har utvecklats för att arbeta med sådana material.