WikiSort.ru - Не сортированное

Эллипсометрия — высокочувствительный и точный поляризационно-оптический метод исследования поверхностей и границ раздела различных сред (твердых, жидких, газообразных), основанный на изучении изменения состояния поляризации света после взаимодействия его с поверхностью границ раздела этих сред.

Термин «эллипсометрия» предложил в 1944 г Ротен, поскольку речь идет об изучении эллиптической поляризации, возникающей в общем случае при наложении взаимно перпендикулярных колебаний, на которые всегда можно разложить поле световой волны относительно плоскости её падения. Хотя указанные изменения можно наблюдать как в отраженном, так и в проходящем свете, в настоящее время в подавляющем числе работ изучается поляризация отраженного света. Поэтому обычно в эллипсометрии подразумевают изучение изменений поляризации света при отражении.

Эллипсометрия — совокупность методов изучения поверхностей жидких и твердых тел по состоянию поляризации светового пучка, отраженного этой поверхностью и преломленного на ней. Падающий на поверхность монохроматический плоскополяризованный свет приобретает при отражении и преломлении эллиптическую поляризацию вследствие наличия тонкого переходного слоя на границе раздела сред. Зависимость между оптическими постоянными слоя и параметрами эллиптически поляризованного света устанавливается на основании формул Френеля. На принципах эллипсометрии построены методы чувствительных бесконтактных исследований поверхности жидкости или твердых веществ, процессов абсорбции. коррозии и др.

Приборы, основанные на методе эллипсометрии, - спектральные эллипсометры (или спектроэллипсометры). В качестве источника света в них используются лампы различных типов(для исследованя в разных участках спектра), сведодиоды, а также лазеры. Кроме того, в России создан прибор на светодиодах - светодиодный спектральный эллипсометр, который также, как лазерный, дает возможность исследовать не только микро- , но и наноразмерные неоднородности на поверхности изучаемого объекта. Светодиодные источники света имеют ряд преимуществ перед традиционными ламповыми. Это:

- высокое отношение сигнал/шум сигнала на выходе;

-   высокая надежность и экономичность;

- отсутствие необходимости использования светофильтров для выделения части спектра;

-   малые габариты и низкая себестоимость;

К преимуществам же спектральных эллипсометров с классическими ламповым источником света можно отнести:

- Высокая яркость источника (типичная мощность до 150 Вт, в отдельных случаях до 1 квт);

- Широкий рабочий спектральный диапазон - от дальнего УФ до среднего ИК;

Данные особенности позволяют проводить анализ многослойных покрытий с толщиной пленок от нескольких ангстрем до десятков микрометров.

Получение данных

Состояние поляризации света можно разложить на две составляющие s (осциллирующая перпендикулярно плоскости падения) и p (осцилляции световой волны параллельно плоскости падения). Амплитуды s и p компонент, после отражения и нормализации к изначальным значениям, обозначаются как rs и rp. Эллипсометрия измеряет комплексный коэффициент отражения системы — ${\displaystyle \rho }$ , который является отношением rp к rs:

${\displaystyle \rho ={\frac {r_{p}}{r_{s}}}}$

Комплексный коэффициент отражения также можно параметризовать через амплитуду ${\displaystyle \Psi }$ и фазовый сдвиг ${\displaystyle \Delta }$ (различие):

${\displaystyle \rho =\tan(\Psi )e^{i\Delta }}$

Так как эллипсометрия измеряет отношение (или разницу) двух величин, а не абсолютные значения каждого, — это очень точный и воспроизводимый метод. Например, он относительно устойчив к рассеянию света и флуктуациям, а также не требует стандартного (контрольного) образца или опорного светового луча.

Анализ данных

Эллипсометрия является косвенным методом, то есть в общем случае измеренные ${\displaystyle \Psi }$ и ${\displaystyle \Delta }$ не могут быть прямо конвертированы в оптические параметры образца, а требуют применения некой модели. Прямое преобразование возможно лишь когда образец изотропный, гомогенный и представляет из себя бесконечно тонкую пленку. Во всех других случаях требуется установить модель оптического слоя, который содержит коэффициент отражения, функцию диэлектрического тензора, и далее используя уравнения Френеля подбирать параметры наилучшим образом описывающие наблюдаемые ${\displaystyle \Psi }$ и ${\displaystyle \Delta }$ .

Литература

• Физический энциклопедический словарь / под ред. А. М. Прохоров. М: Большая Российская энциклопедия, 2003.
• Горшков М. М., Эллипсометрия, .М, 1974.
• www.vniiofi.ru
• Основы эллипсометрии, Новосибирск, 1979.

Для улучшения этой статьи желательно: Проверить достоверность указанной в статье информации. Викифицировать статью.