Was ist Ellipsometrie?

Dieses Tutorial von J. A. Woollam ist eine Einführung in die Ellipsometrie für alle, die mehr über Ellipsometrie und ihre Anwendungen erfahren möchten. Dieses Tutorial richtet sich an Einsteiger, aber auch erfahrene Ellipsometrie-Anwender werden von den hier dargestellten Informationen profitieren.

Was ist Ellipsometrie?

Ellipsometrie misst die Änderung der Polarisation, wenn Licht von einer materiellen Struktur reflektiert oder durchgelassen wird. Die Polarisationsänderung wird als Amplitudenverhältnis, Ψ, und als Phasendifferenz, Δ, dargestellt. Die gemessene Reaktion hängt von den optischen Eigenschaften und der Dicke der einzelnen Materialien ab. Daher wird die Ellipsometrie in erster Linie zur Bestimmung der Schichtdicke und der optischen Konstanten eingesetzt. Sie wird jedoch auch zur Charakterisierung der Zusammensetzung, der Kristallinität, der Rauheit, der Dotierungskonzentration und anderer Materialeigenschaften eingesetzt, die mit einer Änderung des optischen Ansprechverhaltens einhergehen.

Seit den 1960er Jahren, als die Ellipsometrie die für die Messung von Schichten im Nanometerbereich, die in der Mikroelektronik verwendet werden, erforderliche Empfindlichkeit erreichte, ist das Interesse an der Ellipsometrie stetig gewachsen. Heute erstreckt sich der Anwendungsbereich auf die Grundlagenforschung in den physikalischen Wissenschaften, Halbleiter- und Datenspeicherlösungen, Flachbildschirme, Kommunikation, Biosensoren und optische Beschichtungen. Diese weit verbreitete Anwendung erklärt sich durch die zunehmende Abhängigkeit von dünnen Schichten in vielen Bereichen und die Flexibilität der Ellipsometrie bei der Messung der meisten Materialtypen: Dielektrika, Halbleiter, Metalle, Supraleiter, organische Stoffe, biologische Beschichtungen und Verbundwerkstoffe.

Dieses Tutorium bietet eine grundlegende Beschreibung von Ellipsometriemessungen zusammen mit den typischen Datenanalyseverfahren. Die wichtigsten Anwendungen der Ellipsometrie werden ebenfalls erläutert.