Ellipszometria

[Ábraforrás: https://hu.wikipedia.org/wiki/Ellipszometria]

Az ellipszometria egy olyan, érintés- és roncsolásmentes optikai vizsgálati módszer, amellyel a nagyon vékony, akár nanométeres vastagságú rétegek, dielektrikumok fizikai sajátosságait lehet mérni, az anyag felületére bocsátott, majd onnan visszaverődő polarizált fény optikai jellemzőit vizsgálva. Az ellipszometria vizsgálati módszer roncsolásmentes, mivel kis energiájú fénysugarat használnak.

A vizsgálatot számos területen alkalmazzák, félvezetőipartól a biológiáig. Az ellipszometriában a fény polarizációjának változásából nyerhető információ, ahol a vizsgáló fény hullámhosszánál vékonyabb rétegek vizsgálhatók, akár egy atom vastagságig.

A vizsgálat a komplex refraktív index vagy a dielektromos függvény tenzorát értékeli ki, amelyek alapvető paraméterekről adnak információt, mint például morfológiára, kristály minőségre, kémiai összetételre, vagy az elektromos vezetőképességre. Általánosan használt eljárás vékony rétegek jellemzőinek mérése angström (vagyis tized-nanométeres) vastagságtól egészen mikrométerekig, kiváló pontossággal.

Az „ellipszometria” név onnan származik, hogy a legtöbb polarizációs állapot elliptikus. A technika közel egy évszázada ismert, manapság számos alkalmazása ismert. Biológiai és orvosi kutatások területén gyakran használt eljárás, ahol az instabil folyadék felszínek mérésénél és mikroszkopikus megjelenítésnél jól használható.

Az ellipszometria a rendszer komplex visszaverődési arányát (ρ) méri, amelyet Ψ és Δ-vel paramétereznek. A fény polarizációs állapota felbontható s és p komponensekre (az s komponens a beesési síkra merőlegesen oszcillál és párhuzamos a minta felületével, a p komponens a beesési síkkal párhuzamosan oszcillál.) A visszaverődés és normalizálás után az s és p komponensek amplitúdói r_p és r_s. 

Mivel az ellipszometria két érték arányát méri (abszolút értékek helyett), azért ez egy igen pontos és reprodukálható eljárás. Például, relatíve érzéketlen szórásra és fluktuációkra és nem igényel szabványos mintát vagy referenciasugarat.

Az ellipszometria egy indirekt módszer, azaz, általában a mért és nem konvertálható közvetlenül a mintát jellemző optikai állandókra. Általában egy modell analízist kell elvégezni. A és közvetlen inverziója csak izotróp és homogén egyszerű esetekben lehetséges, végtelenül vastag rétegeknél. Minden más esetben egy úgynevezett réteg modellt kell létrehozni, amely figyelembe veszi az optikai konstansokat (törésmutató és a dielektromos függvény tenzor) és a vizsgált minta vastagsági paramétereit. Az ismeretlen optikai konstansok iterációjával és a vastagsági paraméterek változtatásával az értékek számíthatók felhasználva a Fresnel-egyenleteket.