Эллипсометрия

метод исследования св-в границы (пов-сти) раздела разл. Сред и происходящих на ней явлений (адсорбция, окисление и др.) по параметрам эллиптич. Поляризации отраженного света. При отражении монохроматич. Плоскополяризов. Света, падающего под углом электромагн. Волна, взаимодействуя с в-вом, обычно преобразуется в эллиптически поляризованную. Это объясняется тем, что электромагн. Колебания, совершающиеся в плоскости падения (р-колебания) светового луча и в перпендикулярной к ней плоскости (s-колебания), при отражении света по-разному изменяют амплитуду напряженности электрич. Поля Еи начальную фазу колебаний (рис.). Параметрами Еи характеризуются т. Наз. Комплексные амплитуды для р- и s-колебаний падающей и отраженной волн.

Отношения амплитуд или комплексные коэф. Отражения, можно вычислить в рамках конкретной модели отражающей пов-сти, используя мат. Аппарат теории комплексных чисел и электромагн. Теорию света. Схема действия эллипсометра. Пояснения в тексте. Такой подход, наз. Прямой задачей Э., позволяет записать осн. Ур-ние Э. где - соотв. Для падающей и отраженной волн) и - эллипсометрич. Углы, измеряемые с помощью спец. Приборов - эллипсометров. В простейшей схеме эллипсометра, приведенной на рис., монохроматич. Свет от источника И, проходя через призму-поляризатор П, преобразуется в плоскополяризов. Свет. При отражении от исследуемой пов-сти между р- и s-колеба-ниями возникает разность фаз при этом конец вектора напряженности, характеризующего результирующее электрич.

Колебание, описывает эллипс. Компенсатор К приводит разность фаз между р- и s-колебаниями к нулю и снова преобразует свет в плоскополяризованный, к-рый можно полностью погасить анализатором А. Гашение фиксируется фотоприемником Ф. Значения азимутов поляризатора и анализатора в положении гашения связаны с углами и Прямая задача Э. Легко решается для геометрически плоской границы раздела полубесконечных сред. Разработаны методы решения для более сложных систем, напр., для планарной многослойной системы тонких пленок заданной толщины с известными оптич. Постоянными сред. Совпадение вычисленных значений и с экспериментальными свидетельствует о корректности выбранной оптич. Модели. Однако, как правило, необходимо решать обратную задачу Э.- находить оптич.

Характеристики отражающей системы по измеренному набору значений и при разных условиях. Разл. Углах падения света падении света на изучаемую пов-сть из разных сред, использование света разл. Частот (т. Наз. Спектральная Э.). С помощью прямых вычислений обратная задача м. Б. Решена для случая отражения света от идеальной (резкой, гладкой) плоской границы раздела. В частности, по измеренным эллипсометрич. Углам можно рассчитать оптич. Константы (показатели преломления и поглощения) металлов. При этом даже для хорошо отполированной металлич. Пов-сти модель идеальной границы раздела не всегда корректна, поэтому следует учитывать шероховатость реальной пов-сти. Общего решения обратной задачи не существует. Оптич. Характеристики находят посредством номограмм, построенных по результатам решения прямой задачи на ЭВМ или с помощью спец.

Программ типа "поиск". Классич. Область применения Э. - исследования оптич. Св-в материалов, в т. Ч. Измерения оптич. Постоянных тонких (напр., оксидных) пленок, а также их толщин. Интерес к Э. Возрос в 70-80-х гг. 20 в. В связи с особым значением, к-рое приобрели анализ структуры, изучение физ.-хим. Св-в и контроль чистоты пов-стей благодаря быстрому развитию твердотельной (прежде всего полупроводниковой) электроники. Э. Используют также в исследованиях физ. И хим. Адсорбции в глубоком вакууме на плоских пов-стях Si, Ag, Pt и др., адсорбции полимеров на границе жидкость-газ и жидкость-жидкость, процессов катализа на микроуровне, св-в верх. Слоев пов-стей, подвергнутых коррозии, в электрохимии для изучения окисления и восстановления электродов, в микробиологии для исследования оболочек клеток и липидных мембран и др.

Достоинства Э. Простота и быстрота измерений (имеются автоматич. Эллипсометры), возможность производить их в ходе процесса (in situ), в вакууме, при высоких т-рах, в агрессивных средах. Кроме того, при экспериментах пов-сти не загрязняются и не разрушаются. Недостаток метода -трудность правильного выбора модели отражающей системы и интерпретации результатов измерений. Поэтому наиб. Перспективно сочетание Э. С др. Методами исследования пов-сти, напр. С оже-спектроскопией, УФ и рентгеновской спектроскопией, методами дифракции электронов и рассеяния ионов. Лит. Основы эллипсометрии, под ред. А. В. Ржанова, Новосиб., 1979. Аззам Р., Башара Н., Эллипсометрия и поляризованный свет, пер. С англ., М., 1981. Громов В. К., Введение в эллипсометрию, Л., 1986.

Пшеницын В. И., Абаев М. И., Лызлов Н. Ю., Эллипсометрия в физико-химических исследованиях, Л., 1986. Всесоюзные конференции по эллипсометрии. Сб. Тр., Новосиб., 1980-91. Эллипсометрия. Теория, методы, приложения, ред. К. К. Свиташев, А. С. Мардежов, Новосиб., 1991. 3. М. Зорин.