Hva er et Ellipsometer?

Ellipsometri er en optisk teknikk for å måle tykkelsen og de optiske egenskapene til ekstremt tynne filmer, eller lag, av materiale. De målbare egenskapene er brytningsindeksen, eller hvor mye lys som er bøyd, og nivået av lysabsorpsjon, kalt absorpsjonskoeffisient . Et ellipsometer er en enhet som brukes til å utføre disse målingene.

Ellipsometre fungerer ved å skinne en veldefinert lyskilde på et materiale og fange refleksjonen. Moderne ellipsometre bruker lasere, vanligvis Helium-Neon-lasere, som kilde. Ellipsometerstrålen går først gjennom en polarisator slik at bare lys orientert i en kjent retning får passere. Den går deretter gjennom en enhet som kalles en kompensator, som elliptisk polariserer lysstrålen. Det resterende lyset blir deretter sprettet av materialet som studeres.

Analysen er avhengig av Snells lov; når en lysstråle slår mot et materiale, vil noen reflektere umiddelbart, og noen vil passere gjennom til yttersiden av materialet før de reflekteres. Ved å måle forskjellen mellom de to refleksjonene, kan tykkelsen på enheten bestemmes. Det reflekterte lyset gjennomgår også en endring i polarisering; denne endringen brukes til å beregne brytningsindeksen og absorpsjonskoeffisienten.

For at en ellipsometer skal fungere ordentlig, må materialet som undersøkes tilfredsstille visse fysiske egenskaper. Prøven må være sammensatt av et lite antall veldefinerte lag. Lagene må være optisk homogene, ha identisk molekylstruktur i alle retninger og reflektere betydelige mengder lys. Hvis noen av disse kravene blir brutt, vil standardprosedyrene ikke fungere.

Ellipsometre er ekstremt følsomme enheter som kan måle lag så tynne som ett atom. De er mye brukt i halvlederproduksjon der suksessive lag med materiale kjemisk dyrkes oppå hverandre.

Ellipsometri er ikke-destruktiv; et materiale som måles med et ellipsometer påvirkes ikke negativt av prosessen. På grunn av denne funksjonen øker bruken av ellipsometre i biologiske vitenskaper. Biologiske materialer er langt mindre enhetlige enn produserte materialer, og har generelt ikke de fysiske egenskapene som er nødvendige for tradisjonell ellipsometri. Nye teknikker, for eksempel bruk av flere ellipsometre arrangert i forskjellige vinkler, er utviklet for å arbeide med slike materialer.