Hvad er et Ellipsometer?

Ellipsometri er en optisk teknik til måling af tykkelsen og de optiske egenskaber for ekstremt tynde film eller lag af materiale. De målelige egenskaber er brydningsindekset, eller hvor meget lys der bøjes, og niveauet for lysabsorption, kaldet absorptionskoefficienten . Et ellipsometer er en enhed der bruges til at udføre disse målinger.

Ellipsometre fungerer ved at skinne en veldefineret lyskilde på et materiale og fange refleksion. Moderne ellipsometre bruger lasere, typisk Helium-Neon-lasere, som kilde. Ellipsometerstrålen går først gennem en polarisator, så kun lys orienteret i en kendt retning får lov til at passere. Den går derefter gennem en enhed kaldet en kompensator, som elliptisk polariserer lysstrålen. Det resterende lys sprænges derefter af det undersøgte materiale.

Analysen er afhængig af Snells lov; når en lysstråle rammer et materiale, reflekterer nogle straks, og nogle passerer gennem til ydersiden af ​​materialet, før de reflekteres. Ved at måle forskellen mellem de to reflektioner kan enhedens tykkelse bestemmes. Det reflekterede lys gennemgår også en ændring i polarisering; denne ændring bruges til at beregne brydningsindekset og absorptionskoefficienten.

For at et ellipsometer kan fungere korrekt, skal det materiale, der undersøges, tilfredsstille visse fysiske egenskaber. Prøven skal være sammensat af et lille antal veldefinerede lag. Lagene skal være optisk homogene, have identisk molekylstruktur i alle retninger og afspejle betydelige lysmængder. Hvis nogen af ​​disse krav overtrædes, fungerer standardprocedurerne ikke.

Ellipsometre er ekstremt følsomme enheder, der er i stand til at måle lag så tynde som et atom. De er vidt brugt i halvlederproduktion, hvor successive lag af materiale dyrkes kemisk oven på hinanden.

Ellipsometri er ikke-destruktiv; et materiale, der måles ved hjælp af et ellipsometer, påvirkes ikke negativt af processen. På grund af denne funktion øges brugen af ​​ellipsometre i biologiske videnskaber. Biologiske materialer er langt mindre ensartede end fremstillede materialer og har generelt ikke de fysiske egenskaber, der er nødvendige for traditionel ellipsometri. Nye teknikker, såsom anvendelse af flere ellipsometre arrangeret i forskellige vinkler, er blevet udviklet til at arbejde med sådanne materialer.