Эллипсометрия

Эллипсометрия — высокочувствительный и точный поляризационно-оптический метод исследования поверхностей и границ раздела различных сред (твердых, жидких, газообразных), основанный на изучении изменения состояния поляризации света после взаимодействия его с поверхностью границ раздела этих сред.

Эллипсометрия — совокупность методов изучения поверхностей жидких и твердых тел по состоянию поляризации светового пучка, отраженного этой поверхностью и преломленного на ней. Падающий на поверхность плоскополяризованный свет приобретает при отражении и преломлении эллиптическую поляризацию вследствие наличия тонкого переходного слоя на границе раздела сред. Зависимость между оптическими постоянными слоя и параметрами эллиптически поляризованного света устанавливается на основании формул Френеля. На принципах эллипсометрии построены методы чувствительных бесконтактных исследований поверхности жидкости или твердых веществ, процессов абсорбции. коррозии и др. В качестве источника света в эллипсометрии используется монохроматическое излучение, иногда лазерное, которое дает возможность исследовать микронеоднородности на поверхности изучаемого объекта.

Термин «эллипсометрия» предложил в 1944 г Ротен, поскольку речь идет об изучении эллиптической поляризации, возникающей в общем случае при наложении взаимно перпендикулярных колебаний, на которые всегда можно разложить поле световой волны относительно плоскости её падения. Хотя указанные изменения можно наблюдать как в отраженном, так и в проходящем свете, в настоящее время в подавляющем числе работ изучается поляризация отраженного света. Поэтому обычно в эллипсометрии подразумевают изучение изменений поляризации света при отражении.

Получение данных

Состояние поляризации света можно разложить на две составляющие s (осциллирующая перпендикулярно плоскости падения) и p (осцилляции световой волны параллельно плоскости падения). Амплитуды s и p компонент, после отражения и нормализации к изначальным значениям, обозначаются как rs и rp. Эллипсометрия измеряет комплексный коэффициент отражения системы — $\rho$, который является отношением rp к rs:

$\rho = \frac{r_p}{r_s}$

Комплексный коэффициент отражения также можно параметризовать через амплитуду $\Psi$ и фазовый сдвиг $\Delta$ (различие):

$\rho = \tan ( \Psi ) e^{i \Delta}$

Так как эллипсометрия измеряет отношение (или разницу) двух величин, а не абсолютные значения каждого, — это очень точный и воспроизводимый метод. Например, он относительно устойчив к рассеянию света и флуктуациям, а также не требует стандартного (контрольного) образца или опорного светового луча.

Анализ данных

Эллипсометрия является косвенным методом, то есть в общем случае измеренные $\Psi$ и $\Delta$ не могут быть прямо конвертированы в оптические параметры образца, а требуют применения некой модели. Прямое преобразование возможно лишь когда образец изотропный, гомогенный и представляет из себя бесконечно тонкую пленку. Во всех других случаях требуется установить модель оптического слоя, который содержит коэффициент отражения, функцию диэлектрического тензора, и далее используя уравнения Френеля подбирать параметры наилучшим образом описывающие наблюдаемые $\Psi$ и $\Delta$.

Литература

• Физический энциклопедический словарь / под ред. А. М. Прохоров. М: Большая Российская энциклопедия, 2003.
• Горшков М. М., Эллипсометрия, .М, 1974.
• Основы эллипсометрии, Новосибирск, 1979.

Для улучшения этой статьи желательно?: Проверить достоверность указанной в статье информации. Викифицировать статью.