Che cos'è un ellipsometro?

L'ellipsometria è una tecnica ottica per misurare lo spessore e le proprietà ottiche di film estremamente sottili, o strati, di materiale. Le proprietà misurabili sono l'indice di rifrazione o la quantità di luce piegata e il livello di assorbimento della luce, chiamato coefficiente di assorbimento . Un ellipsometro è un dispositivo utilizzato per eseguire queste misurazioni.

Gli ellipsometri funzionano illuminando una fonte di luce ben definita su un materiale e catturando il riflesso. Gli ellipsometri moderni usano come laser i laser, in genere i laser al neon-elio. Il raggio dell'ellipsometro attraversa prima un polarizzatore in modo tale da consentire il passaggio solo della luce orientata in una direzione nota. Passa quindi attraverso un dispositivo chiamato compensatore, che polarizza ellitticamente il raggio luminoso. La luce rimanente viene quindi rimbalzata dal materiale in studio.

L'analisi dipende dalla Legge di Snell; quando un raggio di luce colpisce un materiale, alcuni si riflettono immediatamente e altri passano attraverso il lato lontano del materiale prima di riflettere. Misurando la differenza tra le due riflessioni, è possibile determinare lo spessore del dispositivo. Anche la luce riflessa subisce un cambiamento nella polarizzazione; questa modifica viene utilizzata per calcolare l'indice di rifrazione e il coefficiente di assorbimento.

Perché un ellipsometro funzioni correttamente, il materiale in esame deve soddisfare determinate proprietà fisiche. Il campione deve essere composto da un numero limitato di livelli ben definiti. Gli strati devono essere otticamente omogenei, avere identica struttura molecolare in tutte le direzioni e riflettere quantità significative di luce. Se uno di questi requisiti viene violato, le procedure standard non funzioneranno.

Gli ellipsometri sono dispositivi estremamente sensibili, in grado di misurare strati sottili come un atomo. Sono ampiamente utilizzati nella produzione di semiconduttori in cui strati successivi di materiale vengono cresciuti chimicamente uno sopra l'altro.

L'ellipsometria non è distruttiva; un materiale misurato da un ellipsometro non è influenzato negativamente dal processo. A causa di questa caratteristica, l'uso degli ellipsometri nelle scienze biologiche è in aumento. I materiali biologici sono molto meno uniformi dei materiali fabbricati e generalmente non hanno le caratteristiche fisiche necessarie per l'ellipsometria tradizionale. Nuove tecniche, come l'uso di più ellipsometri disposti ad angolazioni diverse, sono state sviluppate per lavorare con tali materiali.