ЛЕКЦИЯ 11. НУЛЬ-ЭЛЛИПСОМЕТРЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ 2 страница

где Е_ир и Е_иs, d_иp и d_иs – амплитуды и фазы линейно поляризованных р- и s-компонент потока светового излучения, n₁ – его частота, t – время. . . Также и вектор Джонса Е^*_r(Е^*_or,Е^*_or) опорного или референтного (r) потока лазерного света частоты n₂ ¹ n₁ представляется соотношением вида:

Е^*_r = Е_orexp(id_r) exp(i2pn₂t) (12.8). ,

Е_orexp(id_r) .

где Е_or и d_r – амплитуда и фаза референтного потока светового излучения. При интерференции этих информационного потока света частоты n₁ и опор-ного (или референтного) потока частоты n₂ ¹ n₁ возникает нестационарная интерференционная картина, регистрация которой фотоприёмниками приво-дит к возникновению переменных низкочастотных сигналов биений фото-тока I_р и I_s: . . I_p = E_иpE_оrcos(Ф_p + 2pWt) = E_иpE_оrcos(d_ир - j_o + 2pWt) (12.9). .

I_s = E_иsE_оrcos(Ф_s + 2pWt) = E_иsE_оrcos(d_sи - j_o + 2pWt) (12.10).

где Ф_p и Ф_s – постоянные фазы переменных низкочастотных сигналов биений фототока фотоприёмников, W – частота этих биений. Определяют отношение измеряемых непосредственно амплитуд сигна-лов биений фототока (I_p/I_s) = (E_иp/E_иs) с помощью измерителей отношения амплитуд (I_p/I_s) электрических сигналов, а постоянные фазы Ф_p и Ф_s биений фототока фотоприёмников с помощью фазометров. Измеряемые таким образом отношение измеряемых непосредственно амплитуд сигналов биений фототока (I_p/I_s) = (E_иp/E_иs) и разность фаз (Ф_p - Ф_s ) = (j_иp - j_иs) этих сигналов позволяют найти эллипсометрические параметры tgy и D для исследуемого объекта. Разделение линейно поляризованных р- и s-компонент в потоке световых волн на выходе из интерферометра Майкельсона осуществляют с помощью линейной поляризационной призмы высокого качества (например, призмы Фуко-Глана). Регистрацию разделяемых при этом компонент с орто-гональными р- и s-поляризациями потока светового излучения осуществляют отдельными фотоприёмниками. Переменные сигналы (12.9) и (12.10) на частоте биений W с выхода приёмно-усилительной схемы подают на пластины электронного осциллографа и таким образом напрямую наблюдают эллипс поляризации на экране осциллографа. Выбор частоты биений W для переменных фототоков использумых фотоприёмников обеспечивается эффектом Доплера при сканировании с некоторой скоростью одного из зеркал интерферометра Майкельсона с помощью, например, пьезокерамического модулятора. Возможность наблюдения эллипса поляризации непосредственно на экране осциллографа означает реализацю возможности одновременного измерения двух эллипсометрических параметров tgy и D объекта с достаточно высокой точностью и высоким быстродействием, Это выгодно отличает такой интерференционный эллипсометр от обычных фотоэлектрических эллипсометров с вращающимися анализаторами. Конкретный экспериментальный макет интерференционного эллипсометра на основе интерферометра Майкельсона был выполнен в Институте точной механики и оптики (г.Санкт-Петербург), в котором в качестве оптического поляризационного устройства, осуществляющего пространственное разделе-ние ортогональных р- и s-поляризованных компонент потока света, исполь-зовалась поляризационная призма Волластона высокого качества.

ЛЕКЦИЯ 13.АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЭЛЛИПСОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ. ОЦЕНКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭЛЛИПСОМЕТРА.

Особенно важным представляется оценка пределов достоверности или, как обычно говорят, погрешностей dy и dD измерений эллипсометрических пара-метров y и D исследуемой оптической отражательной системы, а также оценка погрешностей определения оптических параметров и толщины исследуемого объекта на основе решения обратной задачи эллипсометрии. В частности, в случае оптически изотропной прозрачной плёнки это будет оценка погрешностей dn₁ и dd₁ измерения показателя преломления n₁ и толщины d₁ этой плёнки. Конечно, оценка погрешностей dy и dD измерений собственно эллипсометрических параметров y и D исследуемой оптической отражательной системы определяется используемыми методами измерений этих параметров. Различают при этом два принципиально различных типа измерений эллипсометрических параметров y и D – нулевые и ненулевые методы измерений, которые реализуются соответствнно с помощью так называемых нулевых и ненулевых эллипсометров, принцип действия кото-рых и их конструктивное устройство и функциональноет обеспечение уже рассматривалось нами в предшествующих лекциях. Так, с помощью нуль-эллипсометра измеряют в результате проведения некоторого ряда последовательных измерительных операций азимуты поля-ризатора Р и анализатора А при фиксированном обычно азимуте компен-сатора С. Обычно экспериментальную ситуацию подбирают такой, что азимут компенсатора С = ± (p/4) = ± 45°, а сам компенсатор выполняет при этом роль четверть-волновой пластинки, которая обеспечивает, как правило, фазовый сдвиг d_с = ± (p/2) между собственными ортогональными поляриза-циями световых пучков в оптической системе. Измеренные с помощью нуль-эллипсометра отсчёты азимута Р поляризатора и азимута А анализатора при такой организации поляризационных измерений отвечают так называемым положениям гашения потока света на выходе из элллипсометра, когда интенсивность светового потока I_D на выходе из эллипсометра и, следова-тельно, при падении на фотоприёмник равно нулю (I_D = 0) в лучшем случае или достигает некоторого минимального уровня значений интенсивности I_D потока света. В идеальных условиях полного гашения потока света на выходе из эллипсометра (I_D = 0) имеем соотношение для относительного параметра v^*_e на выходе из эллипсометра вида:

v^*_e = (V_ex/V_ey) = – tgA[tgC + v^*_ctg(P – C)]/[1 – v^*_ctgCtg(P – C)] (13.1).

где выходной параметр v^*_c для компенсатора: v^*_c = (V_сx/V_сy) (13.2).

а V_ex, V_ey и V_cx, V_cy – сигналы для компонент плоского потока света линейной поляризацией х-типа и у-типа на выходе эллипсометра в целом (е) и соответственно на выходе компенсатора (с).

В типичном случае организации работы нуль-эллипсометра, когда азимут компенсатра С = ±(p/4) = ± 45° и фазовый сдвиг между ортогональными собственными линейными поляризациями для него d_с = ±(p/2) (иначе говоря, компенсатор играет роль четверть-волновой пластинки) при коэффициенте пропускания v_c = 1, имеем:

v^*_e = – (±) tgAexp{–2i[P –(±)(p/4)]} (13.3). .

На основе этого основного для нуль-эллипсометра соотношения (13.3) используются правила для обозначения определённых экспериментальных измерительных ситуаций с достижением различных положений гашения интенсивности светового потока на выходе из эллипсометра при различных подборах азимутов поляризатора Р и анализатора А при фиксированной установке азимута компенсатора С = ±(p/4) = ± 45°. Эти различные положения гашения интенсивности потока света на выходе из эллипсометра связывают с так называемыми измерительными зонами в нуль-элипсометре. Например, две различные пары азимутальных углов поляризатора и анализа-тора (Р, А), которые приводят у упомянутому гашению интенсивности пото-ка света при выбранном азимуте компенсатора С = +(p/4), обозначаются со-ответственно как (Р₂, А₂) и (Р₄, А₄), и при этом говорят, что эти пары азимутов поляризатора и анализатора обеспечивают гашение интенсивности потока света в измерительных зонах 2 и 4. Подобным же образом пары ази-мутальных углов поляизатора и анализатора, обозначаемых соответственно как (Р₁, А₁) и (Р₃, А₃) при установке азимута компенсатора С = –(p/4), обеспе-печивают гашение интенсивности потока света в измерительных зонах 1 и 3. Для фиксированного одного и того же значения азимута компенсатора С = +(p/4) или С = –(p/4) два положния поляризатора в сопряжённых измери-тельных зонах (2, 4) или (1, 3) ортогональны:

Р₄ = Р₂ + (p/2) (13.4). .

Р₃ = Р₁ + (p/2) (13.5)

а соответственные значения азимутов поляризатора А для этих измеритель-ных зон удовлетворяют соотношениям:

А₄ = p – А₂ (13.6). .

А₃ = p – А₁ (13.7). .

Отнносительный параметр v^*_e оптической системы в целом на выходе из эллипсометра удобно представить для последующего анализа в комплексной форме с учётом модуля v_e и фазы d_е:

v^*_e = v_eexp(id_e) (13.8). . Тогда v_e = |tgA| (13.9). .

d_е = – 2P – (±)(p/2) (13.10). .

Cоответственно интенсивность сигнала I_D на выходе из эллипсометра при азимуте компенсатора С = + (p/4):

I_D = G[(v²_e + 1) + (v²_e – 1)cos 2A + 2v_esin2Asin(2P +d_е)] (13.11).

и при С = – (p/4):

I_D = G[(v²_e + 1) + (v²_e – 1)cos 2A + 2v_esin2Asin(2P +d_е)] (13.12). где G – постоянная, не зависящая от азимута поляризатора и анализора Р и А.

Видно, что сигнал фотодетектора I_D – периодичесая функция с периодом p для азимутов Р поляризатора и А анализатора. Сначала последовательными операциями изменений азимутов Р и А поляризатора и анализатора находят первую пару их значений (Р₁, А₁) условию гашения интенсивности потока света на выходе из эллипсометра, а затем находят вторую пару (Р₂, А₂), при этом вв втором случае осуществляется при повороте азимута поляризатора Р₂ на 90° относительно исходного положения Р₁. Полученные таким образом две пары почти ортогональных азимутов (Р₁, А₁) и (Р₂, А₂) поляризатора и анализатора позволяют найти эллипсометрические параметры y и D исследу-емого объекта:

y = (|А₂ – А₁|/2) (13.13). .

D = (Р₂ + Р₁) (13.14). .

Эти окончательные соотношения (13.13) и (13.14) решают проблему как измерения эллипсометрических параметров y и D в нуль-эллипсометрии, так и оценки погрешностей dy и dD измерения этих параметров, причём в последнем случае, важном для содержания настоящей лекции, имеем соответственно:

dy = 2dР (13.15). .

dD = 2dА (13.16).

причём погрешности dР и dА измерения азимутальных углов Р и А представ-ляются, конечно же, одинаковыми и определяемыми погрешностями изме-рений углов с помощью угломерных устройств, например, гониометров, для которых погрешность измерения углов составляет 1¸2¢¢. Весьма часто абсо-лютные значения эллипсометрических углов y и D лежат вблизи нулевых значений. Поэтому в таких случаях пользуются лишь оценкой абсолютных погрешностей dy и dD измерения углов y и D, а понятием относительной погрешности для оценка качества и классности измерений не пользуются. При использовании ненулевых эллипсометров непосредственно регистри-руется интенсивность сигнала на фотоприёмниках I_D1. I_D2, I_D3, … при некоторых соответственных наборах азимутов поляризатора Р_j и анализатора A_q. Используя этот полученный набор экспериментальных параметров I_Djq, Р_j и A_q. а также математические соотношения, задающие связь интенсивности I_Djq потока света на выходе из эллипсометра как с азимутами Р_j и A_q. так и эллипсометрическими параметрами y и D, находят или эллипсометрические параметры y и D исследуемого объекта на основе численных решений используемых математических соотношений с применением ЭВМ, или эллипсометрические параметры y и D и оптические параметры исследуемого объекта на основе решения обратной задачи эллипсометрии на основе результатов экспериментального определения параметров y и D. В качестве конкретного примера приведём соответственное математическое соотно-шение для интенсивности сигнала на выходе прибора I_D в случае рассматри-ваемого ранее ненулевого эллипсометра с дискретным изменением поляри-зации:

I_D = GI_o[sin²Asin²P + cos²Acos²Ptg²y + 0,5sin2Asin2PcosDtgy] (13.17).

где G – аппаратный множитель, I_o – интенсивность потока света на входе.

Эти аппаратные параметры (GI_o) исключаются делением полученных экспериментально значений интенсивности сигнала на выходе прибора I_D для каких-то двух наборов значений пар азимутов (Р_j, A_q) на третье значение интенсивности сигнала на выходе прибора I_D для пары азимутов (Р¢_j, A¢_q). Пронормированные значения интенсивности сигнала на выходе прибора I_D для каких-то двух наборов значений пар азимутов (Р_j, A_q) делением на значение интенсивности сигнала на выходе прибора I_D для третьей пары азимутов (Р¢_j, A¢_q) используется при решении обратной задачи эллипсометрии для определения оптических параметров и толщины исследуемого объекта. . . Затем раскладывая соответствующее математическое соотношение, напри-мер, соотношение (3.17) в случае рассмотренного только что ненулевого эллипсометра с дискретным изменением поляризации, в ряд Тейлора по малым приращениям всех определяющих его параметров: dI_D, dI_o, dР, dА, dy и dD – находят математические соотношения для оценки погрешностей dy и dD измерения эллипсометрических параметров y и D. Так, при условии выбора значений азимутов поляризатора Р » (p/4) и анализатора А » (p/2) и учёта малости значений самих параметров y и D можно показать, что для рассматриваемого варианта ненулевого эллипсометра должно выполняться соотошение вида:

dy » dD » (2e_I + dА) (13.18).

где e_I – относительная погрешность измерения интенсивности сигнала, опре-деляемая относительной погрешностью измерения электрического напряже-ния модуляционным методом. Эта величина может быть сделана достаточно малой, так что погрешность dy и dD измерения эллипсометрических пара-метров y и D исследуемого объекта не может выйти существенно за пределы погрешностей измерения азимутальных углов на уровне угловых секунд. . . Более общий подход к оценке погрешностей dy и dD измерения эллипсо-метрических параметров y и D исследуемого объекта опирается в эллипсо-метрии на приводимые нами комплексные представления (13.3) и (13.9), на основании которых можно соответственно записать требуемое соотношение:. . (dv^*_e/v^*_e) = ([d(tgy)]/tgy) + idD (13.19).

Откуда для погрешностей dy и dD эллипсометрических параметров y и D находим:

dy = (1/2)sin(2y) Re (dv^*_e/v^*_e) (13.20). .

dD = Im (dv^*_e/v^*_e) (13.21). .

C другой стороны матрица Джонса Т_k для k-го оптического элемента эллипсометрической установки можно представить как сумму идеальной матрицы Джонса Т_ok и матрицы Джонса dT_k несовершенств этого k-го оптического элемента установки:

Т_k = Т_ok + dT_k (13.22). .

Аналогично любой азимутальный угол Z_k k-го элемента системы можно представить как: . .

Z_k = Z_ok + dZ_k (13.23).

где Z_ok – азимут, считываемый на эллипсометре, dZ_k – его погрешность. . . В таком случае для комплксного относительного сигнала v^*_e на выходе эллипсометра имеем: . .

v^*_oe = f(Z_ok;Т_ok) (13.24). .

dv^*_e = Sg¢_kdZ_k + Sg_ijqdT_ijq (13.25).

где g¢_k и g_ijq – коэффициенты связи, получаемые частным дифференциро-ванием величины v^*_e по соответствующим параметрам Z_k и T_ijq. Тогда можно записать:

(dv^*_e /v^*_oe) = S(g¢_k/v^*_oe)dZ_k + S(g_ijq/v^*_oe)dT_ijq (13.26). .

Математическая оценка погрешностей dy и dD эллипсометрических параметров y и D сводится, таким образом, к оценке матрицы несовершенств dT_k k-го оптического элемента эллипсометра (в частности и прежде всего иссле-дуемого объекта) с её матричными элементами dT_ijq. Полученные соотношения позволяют обратиться к оценке и пороговой чувствительности эллипсометров, которая важна для любого достаточно тон-кого экспериментального метода измерений и измерительного устройства. В случае нулевых и ненулевых эллипсометров пороговая чувствительность определяется тем минимальным обнаруживаемым значением измеряемого параметра y_пор и D_пор, которые могут быть получены на уровне шума регистрируемого сигнала и которые по сути дела сводятся к погрешности измерения этих параметров, то есть: . .

y_пор » D_пор» dy » dD » dР » dА (13.27). .

Замолвим несколько слов о погрешности определения оптических пара-метров и толщины исследуемого объекта на основе измерения эллипсомет-рических параметров y и D объекта. Ограничимся наипростейшим случаем тонкослойной оптически изотропной прозрачной плёнки, окружённой возду-хом со всех сторон, или так называемой плёнкой Лэнгмюра. Обращаясь к со-отношениям, которые уже нами приводились и касались математической свя-зи эллипсометрических параметров y и D с показателем прелмления n₁ и тол-щиной d₁ такого тонкослойного объекта, можно показать, что относительная погрешность (dn₁/n₁) и (dd₁/d₁) измерения показателя преломления n₁ и тол-щины d₁ определяется пороговой чувствительностью эллипсометрических измерений y и D в радианах, а именно (2¢¢/ 60×60×57) » 10^–5, иначе говоря, вполне удовлетворяет метрологическим требованиям измерений.

ЛЕКЦИЯ 14.МЕТОДЫ СПЕКТРОЭЛЛИПСОМЕТРИИ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СПЕКТРОЭЛЛИСОМЕТРОВ.СПЕКТРАЛЬНЫЙ ФАЗОМОДУЛЯЦИОННЫЙ ЭЛЛИПСОМЕТР.

Спектроэллипсометрия связывает изменения в состоянии поляризации при отражении света слоистой структурой с частотой n (волновым числом s, длиной волны l в вакууме) световых волн и, соответственно, оказывается ценным методом для определения спектра оптических параметров вещественных материалов в различных диапазонах электромагнитных волн, особенно в тех диапазонах, в которых исследуемые (контролируемые) мате-риалы оказываются непрозрачными и рутинные измерения на пропускание света представляются невозможными. Спектроэллипсометрия может применяться и в случае очень малых образцов (особенно новых, впервые синтезируемых), так как для осуществления эллипсометрических измерений вполне достаточно, чтобы образец помещался в пределах минимального светового пятна диаметром в длину длины волны света. Спектроэллипсометрические исследования позволяют на основе измерений спектров эллипсометрических параметров (y и D) получать спектры для действительной n и мнимой k частей комплексного показателя преломления n* = n + ik вещества слоя многослойной структуры; в свою же очередь спектр комплексного показа-теля преломления n* вещества позволяет иметь спектр комплексной электри-ческой проницаемости e* = n*² этого вещества. . . Реализация метода спектроэллипсометрии обеспечивается с помощью устройств, называемых спектроэллипсометрами, организуемыми в своей спектрометрической части подобно организации традиционных спектро-метров, использующихся в различных областях спектрометрии в соответст-венных спектральных диапазонах. Спектроэллипсометры позволяют получать эллипсометрические углы (y и D) в широком диапазоне частот n (длин волн l) света, которые, собственно говоря, и содержат всю информацию, относящуюся к оптическим параметрам исследуемых (контролируемых) веществ в слоях планарных структур и к толщинам слоёв. Внешний вид спектроскопического фазомодуляционного эллипсометра, разработанного и

Рисунок 14–1. Внешний вид спектроэллипсометра UNISEL

Рисунок 14–2. Оптическая блок-схема спектроэллипсометра UNISEL

промышленно освоенного известной компанией Jobie Yvon SAS в виде спектрального комплекса UNESEL, представлен на рисунке 14–1, а его опти-ческая блок-схема – на рисунке 14–2. Настоящее устройство содержит в качестве широкополосного источника света ксеноновую лампу Хе, позволяя-ющую проводить спектральные измерения от далёкого ультрафиолета (от 190 нм) до ближнего ИК диапазона (до 1700 нм); поляризатор Р, отражающий поток света исследуемый (контролируемый) образец S; фотоупругий модулятор света ФУМ с частотой модуляции f = 50 кГц, позволяющий исключить какие-либо механические движения и перестройки режима работы прибора; анализатор А состояния поляризации потока света, поступающего от образца S; световодную линию связи для посылки потока света с тем или иным состоянием поляризации от анализатора на спектрограф, обеспечивающий спектральный анализ поступающих на него потоков света детектированием их с преобразованием в электросигналы включёнными в него системами фотоприёмников, приёмно-усилительной и регистрирующей частями; компьютер, управляющий работой прибора и обрабатывающий данные измерений. Фотоупругий модулятор (ФУМ) потока света обеспечивает быструю скорость обработки данных по каждой спект-ральной точке, причём на каждую из них тратится время ≈ 1 мс. Для снятия спектров эллипсометрических параметров (y и D) используются дифракцион-ные монохроматоры или сканирующие спектрометры, причём в качестве спектроанализаторов используются голографические дифракционные решёт-ки или их соответственные реплики. Данный спектроэллипсометрический измерительный комплекс UNISEL имеет полное программное обеспечение, позволяющее проводить измерения в автоматическом режиме и на их основе анализ простых и сложных многослойных структур, при этом для фазового параметра D диапазон изменений от 0 до 180° при чувствительности по толщине слоя до 10 нм и отношении сигнала S к шуму N (S/N) ~ 976. . . Интересна версия так называемой отражательной анизотропной спектроскопии (ОАС) как спектральной эллипсометрии, основанной на измерении изменений в поляризации излучения при его почти нормальном отражении анизотропными атомными слоями на чистой поверхности оптически изотропных материалов. Физический принцип, положенный в основание метода ОАС, состоит в том, что свойства симметрии атомных монослоёв, находящихся на самой поверхности кристаллов, обнаруживают понижение симметрии по сравнению с атомами, находящимися в объёме оптически изотропных кристаллов, и соответственно вызывают анизотропию коэффициентов отражения света даже при нормальном падении его на оптически анизотропные монослои атомов на чистой поверхности оптически изотропных кристаллов. Реализующий метод ОАС спектроскопический фазомодуляционный спектроэллипсометр использует при регистрации нормально отражённого от атомных монослоёв поляризованного света его фазовую модуляцию с помощью фотоупругого модулятора на частоте модуляции 50 кГц. Такой спектроэллипсометр известен как отражательный анизотропный сенсор (ОАС). Его оптическая схема дана на рисунке 14–3. .

Рис.14-3. Оптическая схема отражательного анизотропного сенсора.

. Поток света от дугоразрядной ксеноновой (Хе) лампы, широкополосный спектральный диапазон длин волн излучения которой простирается от ультрафиолета (l = 190 нм) до ближних ИК-волн (l = 1700 нм), собирается через поляризатор Р на исследуемом (контролируемом) образце S при почти нормальном падении потока света (угол падения f_о ~ 5°) и далее после отражения от образца S пропускается через фотоупругий модулятор(ФУМ), главное направление модуляции поттка света которого совпадает с направлением колебаний электрического вектора в проходящем сквозь поляризатор Р потоке света, установленный на самом входе установки. Поток света, пройдя последовательно сквозь фотоупругий модулятор (ФУМ) и анализатор А состояния поляризации света, направляется на входную щель монохроматора М и после выхода из него детектируется фотоэлектронным умножителем Ф. Отметим, что в спектроэллипсометре главные направления колебаний электрического вектора пропускаемого поляризатором Р потока света и его модуляции в модуляторе ФУМ ориентированы параллельно друг другу, при этом анализатор и исследуемый образец установливаются своими главными осями пропускания и соответственно для образца главными осями тензора диэлектрической проницаемости атомных слоёв под углом 45° к линейной поляризации света на выходе из поляризатора. Такая установка обеспечивается посредством специальных юстировочных опытов, с достижением которой имеют максимум принимаемого сигнала при наличии фазовой модуляции потока света с помощью используемого фотоупругого модулятора света. При оптимальной настройке прибора выходной сигнал с фотоприёмника [I(t)/I_o] (I_o – интенсивность света на входе прибора) содержит гармонические компоненты на частоте модуляции f = 50 кГц и её удвоенном значении f₁ = 2f = 100 кГц в виде:

[I(t)/I_o] = 1 + 2Re(Dr/r)J₂(a)cos(4pft) + 2Im((Dr/r)) J₁(a)sin(2pft) (14.1)

Здесь J_1,2 – функции Бесселя 1и 2 порядка, a – глубина фазовой модуляции; Re (Z) и Im (Z) – действительная и мнимая части комплексного числа Z и (Dr/r) – имеряемая относительная разность коэффициентов отражения r при нормальном отражении света из-за различия в комплексных амплитудных коэффициентах отражения r_x и r_y для линейно поляризованных компонент отражённого света относительно связанных с осями х и у направлений вдоль поверхности структуры:

(Dr/r) = (r_x – r_y)/[(r_x +r_y)/2] (14.2)

Для наиболее важного случая анизотропного атомного монослоя на по-верхности оптически изотропной массивной подложке можно по данным из-мерений анизотропии относительного коэффициента отражения (Dr/r) (14.2) получить важную для физики поверхности слоистых структур анизотропию комплексной поверхностной диэлектрической проницаемости De^*_S×d (d – толщина поверхностного слоя ~ 1 нм):

De^*_S×d = i(l/4p)(1 – e^*_V)(Dr/r) (14.3)

где e*_V – комплексная объёмная диэлектрическая проницаемость материала. . Относительная величина электрического сигнала на его гармонических компонентах оказывается порядка ½(Dr/r)½ £ 10^–3. Этот электрический сигнал несёт информацию только о поверхностных слоях, так как объёмная часть слоистой структуры в виде оптически изотропного кристалла в силу своей изотропности вклада в измеряемый сигнал не даёт. Мотивацией развития метода, использующего отражательный анизотропный сенсор (ОАС), послужила возможность наблюдать за поверхностными атомами на чистых поверхностях кубических кристаллов с помощью потока поляризованного света, способного проникать к поверхностным объектам при осуществлении как фундаментальных исследований в физике твёрдых тел, так и технологического контроля (например, к протяжённым оптоэлектронным линиям оптической связи).

ЛЕКЦИЯ 15.ОСНОВЫ ИК ФУРЬЕ-СПЕКТРОМЕТРИИ;

ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ.

Интересные возможности для реализации метода эллипсометрии в инфракрасной области электромагнитных волн открывает интерференцион-ная эллипсометрия, использующая явление двулучевой интерференции, на-блюдаемую, например, с помощью двулучевых интерферометров Майкель-сона (ИМ) или Маха-Цандера-Рождественского (ИМЦР). По сути своей эти двулучевые интерферометры представляют собой оптические балансные мосты, принципиальные оптические схемы которых представлены на рисунке 15–1 (ИМ) и рисунке 15–2 (ИМЦР). Классический вариант двулучевого интерферометра Майкельсона (рисунок 15–1) включает в себя источник света S1, плоский поток волн от которого линзой L1 направ-ляется на светоделитель С3 – светоделительный кубик из прозрачного диэле-ктрика; его светоделительная плоскость bb наклонена под углом 45° к осям падающих на него потоков волн. В ИК-области волн роль светоделительного кубика С3 выполняет обычно хорошо натянутая диэлектрическая плёнка.

Поиск по сайту: