Wat is een ellipsometer?

Ellipsometrie is een optische techniek voor het meten van de dikte en optische eigenschappen van extreem dunne films of lagen van materiaal. De meetbare eigenschappen zijn de brekingsindex, of hoeveel licht wordt gebogen, en het niveau van lichtabsorptie, de absorptiecoëfficiënt genoemd . Een ellipsometer is een apparaat dat wordt gebruikt om deze metingen uit te voeren.

Ellipsometers werken door een goed gedefinieerde lichtbron op een materiaal te laten schijnen en de reflectie vast te leggen. Moderne ellipsometers gebruiken lasers, meestal Helium-Neon lasers, als bron. De ellipsometerstraal gaat eerst door een polarisator zodat alleen licht dat in een bekende richting is georiënteerd, mag passeren. Het gaat dan door een apparaat dat een compensator wordt genoemd, die de lichtstraal elliptisch polariseert. Het resterende licht stuitert vervolgens op het te bestuderen materiaal.

De analyse is afhankelijk van de wet van Snell; wanneer een lichtstraal een materiaal raakt, zullen sommige onmiddellijk reflecteren, en sommige zullen doorgaan naar de andere kant van het materiaal alvorens te reflecteren. Door het verschil tussen de twee reflecties te meten, kan de dikte van het apparaat worden bepaald. Het gereflecteerde licht ondergaat ook een verandering in polarisatie; deze verandering wordt gebruikt om de brekingsindex en absorptiecoëfficiënt te berekenen.

Om een ​​ellipsometer goed te laten werken, moet het onderzochte materiaal aan bepaalde fysieke eigenschappen voldoen. Het monster moet bestaan ​​uit een klein aantal goed gedefinieerde lagen. De lagen moeten optisch homogeen zijn, een identieke moleculaire structuur in alle richtingen hebben en aanzienlijke hoeveelheden licht reflecteren. Als een van deze vereisten wordt geschonden, werken de standaardprocedures niet.

Ellipsometers zijn extreem gevoelige apparaten, in staat om lagen te meten die zo dun zijn als één atoom. Ze worden veel gebruikt in de productie van halfgeleiders waar opeenvolgende materiaallagen chemisch op elkaar worden gekweekt.

Ellipsometrie is niet-destructief; een materiaal dat wordt gemeten door een ellipsometer wordt niet nadelig beïnvloed door het proces. Vanwege deze functie neemt het gebruik van ellipsometers in de biologische wetenschappen toe. Biologische materialen zijn veel minder uniform dan gefabriceerde materialen en hebben over het algemeen niet de fysieke eigenschappen die nodig zijn voor traditionele ellipsometrie. Nieuwe technieken, zoals het gebruik van meerdere ellipsometers die onder verschillende hoeken zijn gerangschikt, zijn ontwikkeld om met dergelijke materialen te werken.