Bài giảng Ellipsometry - Các loại Ellipsometry

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:41

Thêm vào BST

Báo xấu

132
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ellipsometry là 1 kỹ thuật nhạy để xác định các tính chất của bề mặt và màng mỏng. Để hiểu hơn về phương pháp này mời các bạn tham khảo bài giảng Ellipsometry - Các loại Ellipsometry sau đây. Với các bạn chuyên ngành Vật lý thì đây là tài liệu hữu ích.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Ellipsometry - Các loại Ellipsometry

Ellipsometry là 1 kỹ thuật nhạy để xác định các tính chất của bề mặt và màng mỏng. Nguyên tắc chung của phương pháp : dựa trên sự thay đổi trạng thái phân cực của ánh sáng khi phản xạ. Chùm sáng phân cực thẳng đến nghiêng góc với mặt mẫu trở thành phân cực ellip khi phản xạ. Có nhiều cách bố trí thực nghiệm để đo sự thay đổi của trạng thái phân cực đó.
Trên thực tế, có nhiều cách bố trí hệ đo. Mỗi cách bố trí đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào yêu cầu và khả năng cụ thể mà chọn phương pháp thích hợp.
ROTATING ANALYZER ELLIPSOMETER (RAE) Nguồn sáng Đầu thu Phân cực cố định Phân tích xoay liên tục Mẫu
ROTATING POLARIZER ELLIPSOMETER (RPE) Nguồn sáng Đầu thu Phân cực Phân tích xoay liên tục cố định Mẫu
ROTATING COMPENSATOR ELLIPSOMETER (RCE) Nguồn sáng Đầu thu Phân cực Phân tích Bộ bù xoay liên tục Mẫu
PHASE MODULATION ELLIPSOMETER (PME) Nguồn sáng Đầu thu Phân cực Phân tích Bộ điều biến Mẫu
NULL ELLIPSOMETER (NE) Nguồn sáng Đầu thu Phân cực Phân tích Bộ bù Mẫu
Hệ UVISEL M200-HR460 Bộ phát tín hiệu Ống chuẩn trực (kính phân cực) M200 Bộ thu tín hiệu (Điều biến &ø kính phân tích) HR460 Bộ gắn mẫu Máy tính, điều khiển hệ thống & xử lý số liệu
Sơ đồ khối của hệ ellipsometer điều biến pha Phân tích Phân cực Điều biến Dây cáp Mẫu quang Dây cáp quang Thu nhận số liệu và Đèn Xenon xử lý Máy đơn sắc Shutter Bộ lọc Đầu dò
Biểu diễn trạng thái phân cực. Vectơ Jones Ánh sáng có thể biểu thị bằng vectơ điện trường xoay chiều. Khi được viết dưới dạng 1 vectơ cột nó có dạng  E x ( t ) Vectơ Jones : E  E  y ( t ) Ex(t) và Ey(t) là các thành phần vô hướng tức thời của vectơ điện trường và nói chung là các số phức nên chứa đầy đủ thông tin về biên độ và pha. Trong nhiều trường hợp, không cần biết chính xác biên độ và pha của các vectơ thành phần. Do đó vectơ Jones có thể chuẩn hóa và có thể bỏ qua thừa số pha chung. Làm như vậy tuy có mất thông tin nhưng lại đơn giản hóa rất nhiều các biểu thức.
Vectơ Jones Các vectơ sau chứa thông tin khác nhau nhưng đều mô tả cùng một trạng thái phân cực  E 0 e i  x  e i  x   1   iy    iy    i ( y x )   E 0e  e  e  Một vectơ được chuẩn hóa khi tích vô hướng của nó với liên hợp phức của nó bằng 1.   E.E  1 Cơ sở của vectơ Jones được chọn là các trạng thái phân cực ngang và dọc.
Vectơ Jones cho các trạng thái phân cực Phân cực thẳng ngang và dọc  E x ( t )   0  E    E     0   E y ( t )  Dạng chuẩn hóa 1 0  E    E    0  1  Phân cực thẳng với vectơ E lập với x góc 45o : Eox = Eoy và jx = jy  E ox eix  E 45o   ix  E ox e   1 1 Dạng chuẩn hóa E 45o  1 2
Phân cực tròn : Eox = Eoy và jx - jy = p / 2 ix   E ox e  ER     i ( x  ) E ox e 2   Chia cả hai yếu tố cho √2 Eoxexp (ijx) được dạng chuẩn hóa  1  1  1 1 ER   i2    2 e  2 i 
Ma trận Jones . Khi ánh sáng truyền qua 1 dụng cụ quang học phân cực nào đó, trạng thái phân cực của nó có thể thay đổi. Để biểu thị cho tác dụng đó của dụng cụ ta có thể dùng 1 ma trận vuông ( 2 x 2 ) gồm các yếu tố phức, được gọi là ma trận Jones. Giả thử chùm sáng phân cực có vec-tơ Jones Ei đến 1 yếu tố quang học và khi qua nó có vec-tơ Jones Et. Như vậy, yếu tố đó đã biến đổi Ei thành Et. Về mặt toán học, có thể mô tả sự biến đổi bằng phương trình Et = J Ei trong đó J là ma trận vuông 2 chiều J =  j11 j12     j21 j22  E tx   j11 j12  Eix  E        ty   j21 j22   Eiy 
Kính phân cực lý tưởng.  Kính phân cực có trục truyền qua trùng với trục x: cho ánh sáng phân cực theo chiều x qua hoàn toàn và chặn ánh sáng phân cực theo trục y. Ma trận Jones biểu thị cho kính phân cực 1 0 J    0 0
 Kính phân cực có trục truyền qua lập 1 góc P so với trục x Sau khi qua kính phân cực ánh sáng chỉ còn lại thành phần dọc theo trục truyền qua của kính Y ExcosP + EysinP EY E Chiếu thành phần này lên trục x và y, ta được Ex’ = ( ExcosP + EysinP ) cosP X’ Ey’ = ( ExcosP + EysinP ) sinP EY’ P hay Z’ Z X EX EX’ Ex’= (cos2P) Ex + (sinPcosP) Ey Ey’= (cosPsinP) Ex + (sin2P) Ey  cos 2 P sin P cos P   J   sin P cos P sin P  2
Kính phân cực có trục truyền qua lập 1 góc P so với trục x Một cách khác để xác định ma trận Jones là dùng ma trận Jones đã biết cho trường hợp kính phân cực có trục truyền qua trùng với trục x. Muốn vậy, ta chuyển biểu diễn của ánh sáng phân cực trước kính phân cực sang 1 hệ tọa độ mới x’y’z’. Hai hệ tọa độ có trục z và z’ trùng nhau, hệ tọa độ mới quay 1 góc P quanh trục z’ so với hệ cũ Y Y’ Trong hệ tọa độ mới trục truyền EY qua của kính phân cực trùng với X’ trục x’. Ex’ = (cosP) Ex + (sinP) Ey EY’ P 1 J  0  EX’ 0 Ey’ = (-sinP) Ex + (cosP) Ey 0 P Do đó, ma trận của phép biến đổi Z’ Z XX từ hệ tọa độ này sang hệ khác EX bằng cách quay 1 góc P là  cosP sinP     - sinP cosP 
Aùnh sáng đến kính phân cực Y có vec-tơ Jones Y’ EY E iX  X’ E   iY  EY’ P EX’ Quay hệ tọa độ góc P để cho trục P OX’trùng với phương truyền qua của Z’ Z X EX kính phân cực E iX '   cosP sinP  E iX  E    - sinP    cosP  E iY   iY '   Trong hệ tọa độ X’OY’, sau khi truyền qua kính phân cực có vectơ Jones  1 0  E iX '   1 0  cosP sinP  E iX  E tX '               0 0  E iY '   0 0  - sinP cosP  E iY  E tY ' 
Quay hệ tọa độ trở lại vị trí ban đầu ( với góc –P )  cosP - sinP  E tX '  E tX         sinP cosP  E tY '  E tY   cosP - sinP  1 0  cosP sinP  E iX  E tX            sinP cosP  0 0  - sinP cosP  E iY  E tY  So sánh với E tx   j11 j12  Eix  E        ty   j21 j22   Eiy  J  R ()J(0)R ()