معرفی روش بیضی سنجی (Ellipsometry)
تاریخ مقاله :
1388/12/22
تعداد بازدید :
707
نویسنده :
کلمات کلیدی :
بیضیسنجی، لایه نازک، Ellipsometry
چکیده مقاله
بيضيسنجي يک روش توانمند و غيرمخرب براي آناليز لايههاي بسيار نازک است. اين روش قادر به اندازهگيري ضريب شکست، ضريب جذب و ضخامت لايههاي نازک است. اين وسيله بر مبناي اين واقعيت ساخته شدهاست که بازتاب از يک فصل مشترک (سطح) ديالکتريک ميتواند قطبش و فاز موج ورودي را تغيير دهد. اين تغييرات به ضريب شکست ماده بستگي دارد. اين روش ميتواند خواص مختلفي از قبيل ضخامت، خواص نوري، مورفولوژي و حتي ترکيبات شيميايي لايه را نيز مشخص کند.
متن مقاله
معرفی روش بیضی سنجی (Ellipsometry)
(ابزار بررسی لایه های نازک نانومتری)
سید علیرضا حسینی (پژوهشگاه مواد و انرژی)
بیضیسنجی یک روش توانمند و غيرمخرب برای آنالیز لایههای بسیار نازک است. این روش قادر به اندازهگیری ضریب شکست، ضریب جذب و ضخامت لایههای نازک است. این وسیله بر مبنای این واقعیت ساخته شدهاست که بازتاب از یک فصل مشترک (سطح) دیالکتریک میتواند قطبش و فاز موج ورودی را تغییر دهد. این تغییرات به ضریب شکست ماده بستگی دارد. این روش میتواند خواص مختلفی از قبیل ضخامت، خواص نوری، مورفولوژی و حتی ترکیبات شیمیایی لایه را نیز مشخص کند. همچنین بیضیسنجی میتواند برای اندازهگیری ضخامت لایههایی با ضخامت نانومتری که روی زیرلایههای مختلف قرار دارند، استفاده شود. حتی به کمک این روش میتوان چندلایهها (Multilayer) را نیز بررسی و مطالعه نمود.
نام "بیضیسنجی" ازاین واقعیت که بیشتر حالتهای عمومی قطبش بیضویاند گرفته شدهاست. حدود یک قرن از شناخت این روش میگذرد و امروزه کاربردهای استاندارد زیادی پیدا کرده است. البته بیضینگاری در حوزههای پژوهش دیگر، از قبیل زیست شناسی و پزشکی نیز روز به روز بیشتر مورد توجه قرار میگیرد.
بيضيسنجي يك روش اپتيكي بسيار حساس است. اين حساسيت به دليل تغيير فاز نسبي نور قطبيدهاي است كه از يك لايه نازك منعكس ميشود و يا از ميان آن عبور ميكند. اندازهگيري اين تغيير فاز را ميتوان در يك طول موج يا چندين طول موج و در يك زاويه برخورد يا در زواياي برخورد متفاوت انجام داد. در اين روش قطبش نور منبع (نور به عنوان موج الكترومغناطيس و غيرقطبي) توسط يك واحد قطبي كننده (polarizer) خطي ميشود، سپس توسط يك جبرانكننده (compensator) قطبش خطي به قطبش دايرهاي تبديل ميگردد. بعد از برخورد نور قطبيده شده به نمونه و انعكاس از سطح نمونه (در جهتهای موازي (Rp) و عمود (Rs) بر صفحه برخورد نور با نمونه)، نور توسط يك آناليزور جمعآوري شده، به وسيله يك آشكارساز، شدت آن نمايان میشود و در نهايت متغیرهاي بيضيسنجي (Δ و Ψ) از رابطه اصلي بيضيسنجي محاسبه ميگردند. با مدلسازی این توابع به وسیله بانک اطلاعاتی، میتوان به خواص اپتیکی لایه پوشش پی برد.
همچنین با استفاده از این دستگاه میتوان نقشه خواص را در یک ناحیه مشخص سطح بررسی نمود.
مشخصات فنی دستگاه بیضیسنجی پژوهشگاه مواد و انرژی عبارت است از:
- محدوده طول موج: نواحی فرابنفش تا مادون قرمز نزدیک 950nm - 190nm؛
- اندازه نمونه: 6in یا 8in (بیشینه ضخامت بستر 7mm)؛
- تعداد لایه: بیشتر از سه لایه (بسته به نمونه)؛
- زمان اندازهگیری: کمترین زمان برای محدوده طول موجUV-VIS حدود 5 ثانیه؛
- منبع نور: لامپ دوتریوم (Deuterium) برای DUV و منبع نور تنگستن هالوژن برای VIS-NIR ناحیه است.
1 (ابزار بررسی لایه های نازک نانومتری)
سید علیرضا حسینی (پژوهشگاه مواد و انرژی)
بیضیسنجی یک روش توانمند و غيرمخرب برای آنالیز لایههای بسیار نازک است. این روش قادر به اندازهگیری ضریب شکست، ضریب جذب و ضخامت لایههای نازک است. این وسیله بر مبنای این واقعیت ساخته شدهاست که بازتاب از یک فصل مشترک (سطح) دیالکتریک میتواند قطبش و فاز موج ورودی را تغییر دهد. این تغییرات به ضریب شکست ماده بستگی دارد. این روش میتواند خواص مختلفی از قبیل ضخامت، خواص نوری، مورفولوژی و حتی ترکیبات شیمیایی لایه را نیز مشخص کند. همچنین بیضیسنجی میتواند برای اندازهگیری ضخامت لایههایی با ضخامت نانومتری که روی زیرلایههای مختلف قرار دارند، استفاده شود. حتی به کمک این روش میتوان چندلایهها (Multilayer) را نیز بررسی و مطالعه نمود.
نام "بیضیسنجی" ازاین واقعیت که بیشتر حالتهای عمومی قطبش بیضویاند گرفته شدهاست. حدود یک قرن از شناخت این روش میگذرد و امروزه کاربردهای استاندارد زیادی پیدا کرده است. البته بیضینگاری در حوزههای پژوهش دیگر، از قبیل زیست شناسی و پزشکی نیز روز به روز بیشتر مورد توجه قرار میگیرد.
بيضيسنجي يك روش اپتيكي بسيار حساس است. اين حساسيت به دليل تغيير فاز نسبي نور قطبيدهاي است كه از يك لايه نازك منعكس ميشود و يا از ميان آن عبور ميكند. اندازهگيري اين تغيير فاز را ميتوان در يك طول موج يا چندين طول موج و در يك زاويه برخورد يا در زواياي برخورد متفاوت انجام داد. در اين روش قطبش نور منبع (نور به عنوان موج الكترومغناطيس و غيرقطبي) توسط يك واحد قطبي كننده (polarizer) خطي ميشود، سپس توسط يك جبرانكننده (compensator) قطبش خطي به قطبش دايرهاي تبديل ميگردد. بعد از برخورد نور قطبيده شده به نمونه و انعكاس از سطح نمونه (در جهتهای موازي (Rp) و عمود (Rs) بر صفحه برخورد نور با نمونه)، نور توسط يك آناليزور جمعآوري شده، به وسيله يك آشكارساز، شدت آن نمايان میشود و در نهايت متغیرهاي بيضيسنجي (Δ و Ψ) از رابطه اصلي بيضيسنجي محاسبه ميگردند. با مدلسازی این توابع به وسیله بانک اطلاعاتی، میتوان به خواص اپتیکی لایه پوشش پی برد.
همچنین با استفاده از این دستگاه میتوان نقشه خواص را در یک ناحیه مشخص سطح بررسی نمود.
مشخصات فنی دستگاه بیضیسنجی پژوهشگاه مواد و انرژی عبارت است از:
- محدوده طول موج: نواحی فرابنفش تا مادون قرمز نزدیک 950nm - 190nm؛
- اندازه نمونه: 6in یا 8in (بیشینه ضخامت بستر 7mm)؛
- تعداد لایه: بیشتر از سه لایه (بسته به نمونه)؛
- زمان اندازهگیری: کمترین زمان برای محدوده طول موجUV-VIS حدود 5 ثانیه؛
- منبع نور: لامپ دوتریوم (Deuterium) برای DUV و منبع نور تنگستن هالوژن برای VIS-NIR ناحیه است.
