Mitä on ellipsometria?

Tämä J. A. Woollamin toimittama opetusohjelma on johdatus ellipsometriaan kaikille, jotka ovat kiinnostuneita oppimaan lisää ellipsometriasta ja sen sovelluksista. Tämä opetusohjelma on kirjoitettu aloittelijoita ajatellen, mutta myös kokeneet ellipsometrian käyttäjät hyötyvät tässä keskustelussa esitetyistä tiedoista.

Mitä on ellipsometria?

Ellipsometria mittaa polarisaation muutosta valon heijastuessa tai siirtyessä materiaalirakenteesta. Polarisaatiomuutos esitetään amplitudisuhteena Ψ ja vaihe-erona Δ. Mitattu vaste riippuu yksittäisten materiaalien optisista ominaisuuksista ja paksuudesta. Näin ollen ellipsometriaa käytetään ensisijaisesti kalvon paksuuden ja optisten vakioiden määrittämiseen. Sitä käytetään kuitenkin myös koostumuksen, kiteisyyden, karheuden, seostuskonsentraation ja muiden optisen vasteen muutokseen liittyvien materiaaliominaisuuksien karakterisointiin.

1960-luvulta lähtien, kun ellipsometria kehittyi tarjoamaan mikroelektroniikassa käytettävien nanometrin mittakaavan kerrosten mittaamiseen tarvittavan herkkyyden, kiinnostus ellipsometriaan on kasvanut tasaisesti. Nykyään sen sovellusalueet ovat levinneet fysikaalisten tieteiden perustutkimukseen, puolijohde- ja tietovarastoratkaisuihin, litteisiin näyttöihin, viestintään, biosensoreihin ja optisiin pinnoitteisiin. Tämä laaja käyttö selittyy lisääntyneellä riippuvuudella ohuista kalvoista monilla aloilla ja ellipsometrian joustavuudella mitata useimpia materiaalityyppejä: dielektrisiä aineita, puolijohteita, metalleja, suprajohteita, orgaanisia aineita, biologisia pinnoitteita ja materiaalikomposiitteja.

Tässä oppaassa annetaan peruskuvaus ellipsometriamittauksista sekä tyypilliset data-analyysimenetelmät. Lisäksi tarkastellaan ellipsometrian ensisijaisia sovelluksia.