Elipsometre / Ellipsometry

İçerik

•Elipsometre Nedir?

•Işığın Kutuplanması

•Işığın Maddeyle Doğrusal Etkileşmesi

•Elipsometre Bileşenleri

•Ortalama Karesel Hata (MSE)

•Elipsometrede Ölçüm Almak

•Veri Analizi

Elipsometre Nedir?Elipsometre, ışığın bir malzemeden kırılması ve yansıması sırasında kutuplanmasında oluşan değişikliği ölçer.

İnce film kalınlığı

Yüzey haritası

Homojensizlik Oranı

Yüzey düzgünsüzlüğü

Ara Yüzey Düzgünsüzlüğü

Optik Sabitler

Alaşım yüzdesi

Optiksel Anizotropi Ölçümü

Kristallenme Ölçümü

J. A. Woollam Co., Inc. A Short Course in Ellipsometry, Chapter 2

Işığın Kutuplanması

Eliptik Kutuplu Işık

J. A. Woollam Co., Inc., Tutorial, www.jawoollam.com/tutorial_2.html

Dairesel Kutuplu Işık

Doğrusal Kutuplu Işık

Işığın Maddeyle Doğrusal Etkileşmesi

Kompleks kırılma indisi;

Dielektrik fonksiyonu;

Soğurma katsayısı;

•Optik Sabitler

J. A. Woollam Co., Inc., A Short Course in Ellipsometry, Chapter 2


Snell yasasına göre ışığın yüzey üzerinden yansıması ve kırılması.

Yüzeye gelen ışığın nihai yansıması.



Snell yasasına göre ışığın yüzey üzerinden yansıması ve kırılması.


s

pi

r

retan

Matematiksel olarak, kutuplanmadaki değişim ρ ile gösterilir.

Ψ : Genlik Δ : Faz Bileşeni

Elipsometrede kullandığımız arıtma işlemini işte bu Ψ ve Δ değerlerine göre yaparız.

Kutuplanmanın Analizi

1100

1100

coscos

coscos

NN

NNrs

1001

1001

coscos

coscos

NN

NNrp

Φ0; gelme açısı Φ1 ; kırılma açısı

Fresnel Yansıma Katsayıları


Elipsometre Bileşenleri

Işık Kaynağı

Doğrusal Kutuplayıcı

Kompansatör

Analizleyici

Dedektör

Örnek

Φ0


Analizleyici ve Dedektör


Dedektörden Veri Analizi

Ψ : Genlik Δ : Faz Bileşeni

Jones Matrisleriyle;


Ortalama Karesel Hata (MSE)

N

i i

ii

i

ii

MNMNMSE

1

2

2

exp

expmod2

exp

,

expmod

2

1

2

1

i : Tek dalga boyunu ve gelme açısını ifade eder,σ : Standart sapmaN: Ψ ve Δ nın toplam sayısını, M: Arıtılan parametre sayısıexp ve mod: Deneysel ve teorik verileri simgeler.


Elipsometrede Ölçüm Almak

Değişken açılı spektroskopik elipsometre ile analiz yaparken değiştirebileceğimiz bir çok parametre vardır.

•Analiz yönteminin belirlenmesi

•Geliş açısının belirlenmesi

•Spektral aralık seçimi

•Model belirlemek

J. A. Woollam Co., Inc., The Model Window, Chapter 7


•Örneğin üst tabakasından yansıyan ışığın elipsometrik analizi

•Alttaşın arka yüzeyinden yansıyan ışığın elipsometrik analizi

•Örnekten geçen ışığın şiddet analizi

•Örnekten yansıyan ışığın şiddet analizi

•Analiz Yönteminin Belirlenmesi

J. A. Woollam Co., Inc., The Experimental Data Window, Chapter 6


•Geliş Açısının Belirlenmesi

http://en.wikipedia.org/wiki/Brewster%27s_angle

n1

n2


•Model Belirlemek

•Genel Katmanlar Standart KatmanlarAlaşım Katmanları Sıcaklığa BağlıSıcaklığa Bağlı Alaşım Katmanları

•Fonksiyon Tabanlı KatmanlarCauchy KatmanıLorentz Osilatör KatmanıKullanıcı Tanımlı Dispersiyon Model KatmanıParametrik Yarıiletken Katmanı

•Kompozit KatmanlarEfektif Ortam Yaklaşım KatmanıKademeli Katmanlar

•Anizotropik KatmanlarStandart AnizotropikKatmanlarAnizotropik Cauchy Katmanı

•Özel KatmanlarKramers-Kronig KatmanıDelay KatmanıSanal Arayüz KatmanıYüzey Düzgünsüzlüğü Katmanı

J. A. Woollam Co., Inc., The Global Fit, Individual Chapter 6


•Model Belirlemek

•Cauchy Katmanı

J. A. Woollam Co., Inc., The Global Fit, Individual Chapter 6


•Spektral Aralık Seçimi








Uygulamalar

İnce film kalınlığı

Yüzey haritası

Homojensizlik Oranı

Yüzey düzgünsüzlüğü


Optik Sabitler

Alaşım yüzdesi


Kristallenme Ölçümü

Psi (Ψ)Delta (Δ)


Kalınlığın Ölçülmesi

•GaSe

Kalınlığın Ölçülmesi


Yüzey Haritasının Belirlenmesi

J. A. Woollam Co., Inc., VMAN Manual


•GaSe

Defaults(nm,Thick-nm)ModelDeleteExpRange(WvlStart=750, WvlEnd=1000)ModelOpen(gase.mod)FitParms(Thick.1[40 50], An.1[2 2.5], Bn.1[0.1 0.2], Cn.1[-0.01 0])FitNormalFitGet(layer1=Thick.1, MSE, An.1, Bn.1, Cn.1)

J. A. Woollam Co., Inc., VMAN Manual


•GaSe

layer1

Mean = 48.117Min = 47.350Max = 49.037Std Dev = 0.48469Uniformity = 1.0073 %

49.0448.7648.4748.1947.9147.6347.35

layer1

Mean = 48.117Min = 47.350Max = 49.037Std Dev = 0.48469Uniformity = 1.0073 %

49.0448.7648.4748.1947.9147.6347.35


J. A. Woollam Co., Inc., Easy-to-Use Analysis Software for EASE

Yüzey Düzgünsüzlüğü


Kademeli Katmanlar

J. A. Woollam Co., Inc., Graded Layer, Individual, Chapter 6

Pürüzlü Alttaş ve Düzensiz İnce Film


Optik Sabitlerin Belirlenmesi

J. A. Woollam Co., Inc., Point-by-Point, Individual, Chapter 9





Alaşım Yüzdesi

J. A. Woollam Co., Inc., Application Note, Semiconductor Devices


J. A. Woollam Co., Inc., Anisotropy, Individual Chapter 16


Tek Eksenli(Uniaxial) :

Çift Eksenli (Biaxial) :

J. A. Woollam Co., Inc., Anisotropy, Individual Chapter 16

www.angstromadvanced.com/Resource/Documents/MPI_Ellipsometer1.pdf

Kristallenme

Kristallenme

D. Levi, B. Nelson, and J. Perkins, NREL/CP-520-33571, (2003)

•Silikon

Anlık Kristallenme Ölçümü

Hun Seo, Tae-Hee Jeong, Jeong-Woo Park, Cheong Yeon, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 745 (2000)

•Ge2 Sb2 Te5

Isıl Tablalar

-160º C ile 600º C arasında

J. A. Woollam Co., Inc., Application Note, Heat Cell Applications

Uygulama Alanları

Görüntüleme Cihazları:LCD, PDP, OLED teknolojisi, esnek elektronik cihazlar

Optik Kaplama:Güneş panelleri ve aynalarda.

Yarı İletkenler:Dielektrik, silikon, metal, foto direnç, polimerler ve nano malzemeler.

Biyoloji ve Kimya Mühendisliğinde:Sıvı malzemeler ve ara yüzeyler, organik malzemeler ve biyomedikal cihazlar.

Anlık Ölçümler:Kalınlığın değişimi, büyüme oranı ve kristallenme derecesi.

Teşekkürler.Birhan Uğuz-Ankara Ünv.

Tel: 0535 339 21 95