Эллипсометрия как метод неразрушающего контроля

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ

На тему:

«Эллипсометрия, как метод неразрушающего контроля»

МИНСК, 2008

Эллипсометрия - метод неразрушающего контроля состояния поверхности полупроводниковых пластин, параметров тонких поверхностных слоёв и границ раздела между ними, основанный на анализе изменения поляризации пучка поляризованного монохроматического света при его отражении от исследуемого объекта. Т.к. обычно измеряются параметры эллиптически поляризованного света, метод назван эллипсометрическим или просто эллипсометрией.

Поляризация света. Свет со всевозможными одинаково вероятностными колебаниями электрического вектора называется естественным светом. Если вектор электрического поля в процессе колебаний устойчиво изменяет свою ориентацию, то может иметь место либо циркулярная поляризация, либо эллиптическая поляризация. В первом случае конец вектора описывает в пространстве окружность, а во втором - эллипс (рис. 1). В отражённом от кристалла под некоторым углом, называемом углом Брюстера, свете колебания электрического вектора происходят преимущественно в одном направлении. Такой свет называется линейно или плоскополяризованным. Рассмотрим это более подробно. Предположим, что монохроматическая волна оптического излучения падает на идеально гладкую поверхность исследуемой изотропной плёнки под углом  к нормали. Эта волна частично отражается от поверхности плёнки под углом ’, равным углу падения , а частично будет распространяться в глубь плёнки под углом преломления  (рис. 2,а). Как известно, соотношение между углом падения и углом преломления определяется следующим законом:

sin/sin = n1/n2 = n21 ,

где n1 и n2 - соответственно показатель преломления первой и второй оптической среды по ходу распространения волны.

Рис. 2. Линейная поляризация света при отражении и преломлении света от раздела двух диэлектрических сред

Взаимодействие электромагнитного поля с немагнитными средами определяется в основном его электрической составляющей Е, которую можно разложить на две компоненты, поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях:

Е= еpEpcosp + еsEscoss ,

где еp , еs - единичные векторы поляризации, Ep, Es - амплитуды p- и s-составляющих вектор Е, p,s - фазы колебаний p- и s-составляющих.

При этом s-компонентой обозначается составляющая электрического вектора, колеблющаяся в плоскости, перпендикулярной плоскости падения излучения, а p-компонентой - составляющая, параллельная плоскости падения.

Соотношение между амплитудами s- и p-компонент электрического вектора Е для отражённой Е и преломлённой Еnp волн и соответствующими компонентами падающей волны Еnp определяется формулами Френеля:

Еp = Еnp tg(-)/tg(+);

Еs = -Еns sin(-)/sin(+);

Еnpp = Еnp 2sinsin/sin(+)cos(-);

Еnps = Еns 2sincos/sin(+).

Анализ формул Френеля показывает, что при некоторых соотношениях углов  и  отраженный и преломленный лучи будут частично и даже полностью поляризованы. Так, если угол падения удовлетворяет условию +/2, что соответствует tg = n21, то p-компонента отражённой волны равняется нулю и отражённый пучок света оказывается полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. При этом угол  называется углом Брюстера - Бр (рис.2,б).

Рис. 3. Линейная и циркулярная поляризация при двойном лучепреломлении

Эллиптически- и циркулярно-поляризованный свет можно получить из линейно-поляризованного. Для этого нужно сдвинуть фазы колебаний s- и p-составляющих линейно-поляризованного пучка света друг относительно друга. Сдвиг фаз между p- и s-волнами можно осуществить с помощью пластинки из двухлучепреломляющего кристалла (исландский шпат, турмалин), в котором эти волны распространяются с различными скоростями (это определяет различный коэффициент преломления для p- и s-составляющих - np и ns ). При боковом падении линейно-поляризованного луча света на пластинку из двухлучепреломляющего кристалла из неё будут выходить два луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 3,а). При нормальном падении луча света выходные лучи будут иметь общую точку выхода из пластинки (рис. 3,б). Фазы колебаний этих лучей будут сдвинуты пропорционально оптической разности хода лучей в пластинке:

 = 2tp - 2ts = 2cd/vp - 2cd/vs =

= 2npd/ - 2nsd/ = (2/)(np - ns)d .

При  = /2 оптическая разность хода p- и s-лучей равна четверти длины волны падающего монохроматического пучка

(np - ns)d = /4 .

Такая пластинка называется четвертьволновой. Из этой пластинки линейно-поляризованный луч выходит эллиптически-поляризованным.

Для иллюстрации изменения вида поляризации при различном сдвиге фаз между

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать