Qu'est-ce qu'un ellipsomètre?
L'ellipsométrie est une technique optique pour mesurer l'épaisseur et les propriétés optiques de films extrêmement minces ou de couches de matériau. Les propriétés mesurables sont l'indice de réfraction, ou la quantité de lumière pliée, et le niveau d'absorption de la lumière, appelée coefficient d'absorption . Un ellipsomètre est un appareil utilisé pour effectuer ces mesures.
Les ellipsomètres fonctionnent en brillant une source de lumière bien définie sur un matériau et en capturant la réflexion. Les ellipsomètres modernes utilisent des lasers, généralement des lasers d'hélium-neon, comme source. Le faisceau d'ellipsomètre passe d'abord par un polariseur de sorte que seule la lumière orientée dans une direction connue peut passer. Il passe ensuite par un dispositif appelé compensateur, qui polarise elliptiquement le faisceau lumineux. La lumière restante est ensuite rebondi sur le matériau à l'étude.
L'analyse dépend de la loi de Snell; Lorsqu'un faisceau de lumière frappe un matériau, certains se refléteront immédiatement, et certains passeront à l'extrême side du matériel avant de refléter. En mesurant la différence entre les deux réflexions, l'épaisseur de l'appareil peut être déterminée. La lumière réfléchie subit également un changement de polarisation; Cette modification est utilisée pour calculer l'indice de réfraction et le coefficient d'absorption.
Pour qu'un ellipsomètre fonctionne correctement, le matériel examiné doit satisfaire certaines propriétés physiques. L'échantillon doit être composé d'un petit nombre de couches bien définies. Les couches doivent être optiquement homogènes, ont une structure moléculaire identique dans toutes les directions et reflètent des quantités importantes de lumière. Si l'une de ces exigences est violée, les procédures standard ne fonctionneront pas.
Les ellipsomètres sont des dispositifs extrêmement sensibles, capables de mesurer les couches aussi minces qu'un seul atome. Ils sont largement utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs où des couches de matériau successives sont cultivées chimiquement au-dessus de chaqueautre.
L'ellipsométrie n'est pas destructive; Un matériau mesuré par un ellipsomètre n'est pas affecté par le processus. En raison de cette caractéristique, l'utilisation d'ellipsomètres dans les sciences biologiques augmente. Les matériaux biologiques sont beaucoup moins uniformes que les matériaux fabriqués et n'ont généralement pas les caractéristiques physiques nécessaires à l'ellipsométrie traditionnelle. De nouvelles techniques, telles que l'utilisation de plusieurs ellipsomètres disposées sous différents angles, ont été développées pour travailler avec ces matériaux.