Эллипсометрия
-
Эллипсометрия: определение и принципы
- Эллипсометрия измеряет изменение поляризации при отражении или пропускании света через тонкие пленки.
- Метод используется для характеристики состава, шероховатости, толщины, кристаллической природы и других свойств материала.
- Эллипсометрия чувствительна к изменению оптического отклика падающего излучения.
-
История и этимология
- Метод известен с 1888 года благодаря работе Пола Друда.
- Термин «эллипсометрия» впервые использован в 1945 году.
-
Основные принципы
- Измеряемый сигнал зависит от толщины и свойств материала.
- Эллипсометрия позволяет исследовать комплексный показатель преломления и тензор диэлектрической функции.
- Метод применим к тонким пленкам толщиной от менее чем нанометра до нескольких микрометров.
-
Детали эксперимента
- Эллипсометрия выполняется при настройке отражения.
- Метод использует информацию о фазе и может достигать субнанометрового разрешения.
- Большинство моделей предполагают оптически однородные и изотропные образцы.
-
Экспериментальная установка
- Электромагнитное излучение испускается источником света и поляризуется поляризатором.
- После отражения излучение проходит через компенсатор и анализатор, попадает в детектор.
-
Сбор данных
- Эллипсометрия измеряет комплексный коэффициент отражения, представляющий собой отношение амплитуд и разность фаз.
- Угол падения выбран близким к углу Брюстера для максимальной разницы в амплитудах.
-
Анализ данных
- Эллипсометрия является косвенным методом, требующим анализа модели.
- Модели могут быть основаны на энергетических переходах или свободных параметрах.
- Итерационная процедура используется для минимизации методом наименьших квадратов.
-
Современные эллипсометры
- Современные эллипсометры включают широкий спектр источников излучения, детекторов и программного обеспечения.
- Используемый диапазон длин волн превышает видимый, что делает их не оптическими приборами.
-
Одноволновая и спектроскопическая эллипсометрия
- Одноволновая эллипсометрия использует монохроматический источник света, обычно лазер.
- Спектроскопическая эллипсометрия использует широкополосные источники света для получения комплексного показателя преломления в различных областях спектра.
-
Стандартная и обобщенная эллипсометрия
- Стандартная эллипсометрия применяется для оптически изотропных и одноосных образцов.
- Обобщенная эллипсометрия используется для анизотропных образцов.
-
Формализм матрицы Джонса и матрицы Мюллера
- Существуют два формализма для описания взаимодействия электромагнитной волны с элементами эллипсометра: матрица Джонса и матрица Мюллера.
-
Формализм матрицы Джонса и матрицы Мюллера
- В формализме матрицы Джонса электромагнитная волна описывается вектором Джонса с двумя ортогональными элементами.
- В формализме матрицы Мюллера электромагнитная волна описывается векторами Стокса с четырьмя элементами.
- Оба формализма согласуются при отсутствии деполяризации.
-
Эллипсометрия изображений
- Эллипсометрия изображений использует ПЗС-камеру для получения контрастного изображения образца.
- Метод основан на обнулении отражения света от подложки.
- Лазер испускает свет, который проходит через поляризатор, компенсатор и анализатор.
- Анализатор измеряет изменение поляризации света.
- Эллипсометрическое нулевое состояние достигается при перпендикулярном положении анализатора.
-
Эллипсометрия in situ
- Эллипсометрия in situ используется для динамических измерений в процессе модификации образца.
- Метод позволяет определить основные параметры процесса, такие как скорость роста или травления.
- Эллипсометры in situ могут быть одноволновыми или спектроскопическими.
-
Эллипсометрическая порометрия
- Метод измеряет изменение оптических свойств и толщины материалов при адсорбции и десорбции летучих веществ.
- Эллипсометрические порометры подходят для измерения пористости тонких пленок.
-
Магнитооптическая обобщенная эллипсометрия
- Метод изучает свойства свободных носителей заряда в проводящих образцах.
- Внешнее магнитное поле позволяет определить плотность, параметр оптической подвижности и параметр эффективной массы.
-
Преимущества эллипсометрии
- Измеряет по меньшей мере два параметра на каждой длине волны.
- Измеряет отношение интенсивностей, что снижает влияние нестабильности источника света.
- Не требует темного ящика и контрольных измерений.
- Эффективна при изучении анизотропных образцов.
-
Эллипсометрия на наноуровне
- Хингерл (редакция)
- Издательство: Springer
- Год издания: 2013
- ISBN: 978-3-642-33955-4
-
Эллипсометрия функциональных органических поверхностей и пленок
- K. Хинрикс и К.-Дж. Эйххорн (редакторы)
- Год издания: 2014
- ISBN: 978-3-642-40128-2