Spektrál ellipszometria
[Ábraforrás: Bereznai Miklós: Doktori értekezés (2011)]
A spektrál ellipszometria vékonyrétegek minősítésére igen elterjedt módszer. Egyaránt alkalmas a réteg optikai függvényeinek meghatározására, de a megfelelő modellek alkalmazása lehetővé teszi a réteg vastagságának is igen pontos becslését.
Ha monokromatikus és ismert polarizációjú fénysugárt alkalmazunk, akkor a reflexió eredményeképpen adódó fény polarizációs állapotát egyértelműen meghatározzák a reflektáló felület optikai tulajdonságai (törésmutatók, rétegvastagság). A reflektált fény polarizációs állapotának méréséből számolhatók az ismeretlen törésmutató és/vagy a rétegvastagság.
Az elliptikusan poláros fény rezgésállapotának megváltozását a Δ és Ψ mennyiségekkel mérjük.
A mérés lényege: a polarizátor forgatásával el kell érni, hogy a mintára olyan, a kompenzátoron való áthaladás után elliptikusan polarizált fény jusson, amely a visszaverődés után síkban polarizált állapotba jut. Az így keletkező síkban polarizált fény rezgési síkját pedig úgy tudjuk meghatározni, hogy az analizátort addig forgatjuk, míg minimális intenzitást nem detektálunk. Ekkor az analizátor rezgési síkja merőleges lesz az analizátorba belépő fény rezgési síkjára.
A fényminimum helyzetet úgy határozzuk meg, hogy először az analizátor és a polarizátor forgatásával közelítő fényminimumot keresünk. Ezután a polarizátor pontos kioltási helyzetének megkeresése céljából a polarizátort úgy forgatjuk, hogy a kioltási helyzet két "oldalán" azonos fényintenzitások álljanak elő és leolvassuk az ezen helyzetekhez tartozó szögértékeket. Ezt a beállítást egymás után többször - egymástól különböző intenzitásszinteken - elvégezzük és az összetartozó mérési pontpárok középértékének képezzük az átlagát.
A módszernek az az egyetlen hátránya, hogy a viszonylag egyszerű mérést követően igen bonyolult a kiértékelési folyamat. Miután megkaptuk a mérési adatokat egy modellt kell felállítanunk kezdeti feltételezések alapján. Ez történhet saját mérési eredményből illetve a már meglévő adatbázis segítségével is. Ezután a ψ és Δ spektrumok meghatározása történik a modell alapján és a mérési eredmény alapján. A kettő közötti eltérést az MSE értékkel jellemezzük. Ennek minél kisebbnek kell lennie. Ezután történik meg a minta optikai függvényeinek és a rétegvastagságnak a meghatározása.
Az α(ħω) függvényből meg lehet határozni a tilossávot. A tilossáv az az energia, amelynél az abszorpciónak éles ugrása van (abszorpciós él). A tilossáv jellemző a réteget alkotó anyagra. Egyúttal azt is megmutatja, hogy a vékonyréteg a kisebb fotonenergiákra átlátszó, míg a nagyobbakat elnyeli.