Vad är en Ellipsometer?
Ellipsometri är en optisk teknik för att mäta tjockleken och de optiska egenskaperna hos extremt tunna filmer, eller lager, av material. De mätbara egenskaperna är brytningsindexet, eller hur mycket ljus som böjs, och ljusabsorptionsnivån, kallad absorptionskoefficienten . En ellipsometer är en anordning som används för att utföra dessa mätningar.
Ellipsometrar fungerar genom att lysa en väldefinierad ljuskälla på ett material och fånga reflektionen. Moderna ellipsometrar använder lasrar, vanligtvis Helium-Neon-lasrar, som källa. Ellipsometerstrålen går först genom en polarisator så att endast ljus orienterat i en känd riktning får passera. Den går sedan genom en anordning som kallas en kompensator, som elliptiskt polariserar ljusstrålen. Det återstående ljuset hoppas sedan av materialet som studeras.
Analysen är beroende av Snells lag; när en ljusstråle träffar ett material, kommer vissa att reflektera omedelbart, och vissa kommer att passera till yttersidan av materialet innan de reflekteras. Genom att mäta skillnaden mellan de två reflektionerna kan anordningens tjocklek bestämmas. Det reflekterade ljuset genomgår också en förändring i polarisationen; denna förändring används för att beräkna brytningsindex och absorptionskoefficient.
För att en ellipsometer ska fungera korrekt måste materialet som undersöks uppfylla vissa fysiska egenskaper. Provet måste bestå av ett litet antal väldefinierade lager. Skikten måste vara optiskt homogena, ha identisk molekylstruktur i alla riktningar och återspegla betydande ljusmängder. Om något av dessa krav bryts fungerar inte standardförfarandena.
Ellipsometrar är extremt känsliga enheter som kan mäta skikt så tunna som en atom. De används ofta i halvledartillverkning där successiva lager av material odlas kemiskt ovanpå varandra.
Ellipsometri är icke-förstörande; ett material som mäts med en ellipsometer påverkas inte negativt av processen. På grund av denna funktion ökar användningen av ellipsometrar inom biologiska vetenskaper. Biologiska material är mycket mindre enhetliga än tillverkade material och har i allmänhet inte de fysikaliska egenskaperna som är nödvändiga för traditionell ellipsometri. Nya tekniker, såsom användning av flera ellipsometrar arrangerade i olika vinklar, har utvecklats för att arbeta med sådana material.