Elipsometría

La elipsometría espectroscópica és una tècnica d'anàlisis òptic que es basa en el canvi de l'estat de polarisació de la llum que s'incidix sobre un material. Dit anàlisis és no destructiu i és útil per a la determinació de gruixa de películes primes, i constants òptiques de materials (índexs de refracció, coeficient d'extinció).

Història

Robert Boyle va observar els colors en bombetes d'olis essencials, sabó, aigua entre unes atres. La polarisació de la llum va ser observada per Étienne Louis Malus en 1810, i 80 anys despuix Paul Drude va utilisar este concepte per a medir gruixa de películes molt primes, est va ser el principi que posteriorment va nomenar A. Rothen (1945) com elipsometría. Els primers instruments varen aparéixer en els 70. Elipsómetros espectroscópicos es varen escomençar a utilisar en l'investigació en 1990 i alguns fabricants varen iniciar al mercat instruments tals com elipsómetros i refractómetros al mateix temps.

Fonament

Com ya s'ha mencionat, és important conéixer l'estat de polarisació del fes incident. Existixen diferents formes de polarisació, les que típicament s'estudien en esta tècnica són la polarisació llineal i la polarisació elíptica. La primera d'elles ocorre quan les components Ez i Ey del vector elèctric es mantenen constants a través del temps. I la segona quan existix una variació d'abdós components que donen com a vector resultant aquell que traça una elipse. Açò prenent en conte la direcció de propagació del fes de llum en la direcció de x. L'interacció llum-sòlit es relaciona en el fet de que part de la llum és reflectida pel sòlit per mig de les lleis de transmissió i reflexió d'ones planes, els coeficentes de Fresnel i la llei de Snell:

Paralel a l'àngul d'incidència:

$\Rightarrow R_{p} = R_{p} / E_{p} \Rightarrow \frac{N_{1} c o s ϕ_{0} - N_{0} c o s ϕ_{1}}{N_{1} c o s ϕ_{0} + N_{0} c o s ϕ_{1}}$

Perpendicular a l'àngul d'incidència:

$\Rightarrow R_{s} = R_{s} / E_{s} \Rightarrow \frac{N_{0} c o s ϕ_{0} - N_{1} c o s ϕ_{1}}{N_{0} c o s ϕ_{0} + N_{1} c o s ϕ_{1}}$

$L e y d e S n e l l \Rightarrow N_{0} s e n ϕ_{0} = N_{1} s e n ϕ_{1}$

D'esta manera és possible conéixer la relació ent les constant òptiques del material i la elipse resultant de la reflexió per mig de:

$\Rightarrow t a n ψ = \frac{| R_{p} |}{| R_{s} |}$

$\Rightarrow σ = \frac{R_{p}}{R_{s}} = t a n ψ e^{i Δ}$

$\Rightarrow Δ = δ_{1} - δ_{2}$

Referències

«Ellipsometry» (en anglés). The University of Texas at Arlington. Archivat des d'el original, el 14 de novembre de 2017. Consultat el 20 de juliol de 2022.
(2014) Ellipsometry of functional organic surfaces and films (en anglés), Heidelberg, Alemània: Springer. ISBN 978-3-642-40127-5.
(2013) Ellipsometry at the nanoscale (en anglés), Heidelberg, Alemània: Springer. ISBN 978-3-642-33955-4.
Harland G. Tompkins, William A. McGahan; Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry; John Wiley & Sons, 1999.
Harland G. Tompkins, A user’s guide to Ellipsometry; Academic Press,1993
R.Azzam, N.Bashara, Ellipsometry and polarized light; Oxford, 1977
E.Hetch, Òptica, Addison Wesley 3a Edició

Este artícul conté una traducció derivada de «Elipsometría» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.