Ellipsometry, các loại ellipsometer

Ellipsometry là 1 kỹ thuật nhạy để xác đònh các tính chất của bề mặt và màng mỏng. Nguyên tắc chung của phương pháp : dựa Nguyên tắc chung của phương pháp : dựa trên sự thay đổi trạng thái phân cực của ánh trên sự thay đổi trạng thái phân cực của ánh sáng khi phản xạ. 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 Phân cực cố đònh Phân tích xoay liên tục Mẫu Đầu thu Nguồn sáng Phân cực xoay liên tục Phân tích cố đònh Mẫu Đầu thu ROTATING POLARIZER ELLIPSOMETER (RPE) ROTATING POLARIZER ELLIPSOMETER (RPE) Nguồn sáng Bộ bù xoay liên tục Phân cực Phân tích Mẫu Đầu thu ROTATING COMPENSATOR ELLIPSOMETER (RCE) Nguồn sáng Bộ điều biến Phân cực Phân tích Mẫu Đầu thu PHASE MODULATION ELLIPSOMETER (PME) Nguồn sáng Bộ bù Phân cực Phân tích Mẫu Đầu thu NULL ELLIPSOMETER (NE) Hệ UVISEL M200-HR460 Hệ UVISEL M200-HR460 Ống chuẩn trực Ống chuẩn trực M200 M200 Bộ thu tín hiệu Bộ thu tín hiệu (Điều biến (Điều biến & & ø ø kính phân tích) kính phân tích) Bộ gắn mẫu Bộ gắn mẫu Máy tính, điều Máy tính, điều khiển hệ thống khiển hệ thống & & xử lý số liệu xử lý số liệu HR460 HR460 Bộ phát tín hiệu Bộ phát tín hiệu (kính phân cực) (kính phân cực) Shutter Đầu dò Phân cực Phân tích Điều biến Dây cáp quang Dây cáp quang Thu nhận số liệu và xử lý Máy đơn sắc Mẫu Bộ lọc Đèn Xenon Sơ đồ khối của hệ ellipsometer điều biến pha [...]... 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... xạ không làm mất sự phân cực của ánh sáng ta có thể viết ma trận phức vuông hai chiều để biểu diễn cho sự phản xạ và tương thích với cách tính các ma trận Jones dưới dạng  r11 Jr =  r  21 r12   r22   Với các môi trường đẳng hướng và có phẩm chất quang học, chỉ có các yếu tố chéo khác 0 Trong trường hợp này, ma trận phản xạ chỉ chứa 1 số phức biểu thò cho sự thay đổi của trạng thái phân cực của... qua kính phân tích A và được dọi vào detector D Đặt các góc P , C và A sao cho không có ánh sáng đến D Các yếu tố P, C và A được đặt dưới các góc sao cho không có ánh sáng đến D Giữa ánh sáng tới và ánh sáng phản xạ có phương trình Ep ,r   r11 E  = r   s ,r   21 = r12  Ep ,i    E  r22   s ,i  Trong đa số trường hợp, chỉ có các yếu tố chéo khác 0 Ep ,r   rp E  =  0  s ,r... ⇒  i ( ϕ y − ϕ x )    E 0 e   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 ) E↔ =  0    Dạng chuẩn hóa 1 E↔ =   0    0  E =  E y ( t )   0  E =   1 Phân cực thẳng... circular polarizer, right-handed circular polarizer, left-handed Ma trậ Matrix Jones n Jones Nếu ánh sáng truyền liên tiếp qua n yếu tố quang học, được đặc trưng tương ứng bởi các ma trận J1, J2, …, Jn thì Et = ( Jn Jn-1 … J2 J1 ) Ei Các ma trận không giao hoán nên phải tính tích ma trận theo đúng thứ tự như đã viết Khi rọi chùm sáng phân cực lên mẫu , khi ánh sáng phân cực đi qua một môi trường trạng... vuông góc với quang trục 2π   exp - i n ed 0  λ   2π   exp - i n o d  0   λ trong đó ϕx = n e d và ϕ = ( n o - ne ) d e − iϕ x  1 0     0 exp− iϕ  Băng lan : no = 1,658 ne = 1,486 Bằng cách thay đổi d, ta có thể làm thay đổi hiệu pha giữa 2 thành phần thường và dò thường Bản ¼ sóng có trục nhanh trùng với trục x Bản ¼ sóng có chiều dày d được chọn sao cho ( n0 – ne ) d = λ 4 Do đó,... trục nhanh quay 1 góc φ so với trục x Dùng phép biến đổi hệ trục tọa độ như đã nói ở trên, ta có  cosφ   sinφ  - sinφ  1 0  cosφ sinφ    0 − i  - sinφ cosφ    cosφ    Thực hiện các phép nhân ma trận, ta được ma trận Jones cho 1 bản ¼ sóng có trục nhanh hợp với trục x một góc φ là  cos 2φ − isin 2φ   (1 + i)sinφcosφ  (1 + i)sinφcosφ   sin 2φ − icos 2φ   Yếu tố Optical... 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 thò 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,... Ex’= (cos2P) Ex + (sinPcosP) Ey Ey’= (cosPsinP) Ex + (sin2P) Ey  cos 2 P sin P cos P    J= 2 sin P   sin P cos P  E X’ P EX EX’ X Kính phân cực có trục truyền qua lập 1 góc P so với trục x Một cách khác để xác đònh 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...  1  Ma trận biểu thò cho sự thay đổi trạng thái phân cực trên mặt mẫu   Er = MEi Ma trận Jones: MJ rp = 0 iϕ 0   rp e p  = rs   0   tgΨe i∆ 0   = rs e iϕs   iϕs 1  rs e   0  0 Các hệ số Fresnel Hai môi trường có chiết suất khác nhau: n 2 cosθ1 − n 1cosθ 2 rp = n 2 cosθ1 + n 1cosθ 2 rs = 2n 1cosθ1 tp = n 2 cosθ1 + n 1cosθ 2 2n1cosθ1 ts = n1cosθ1 + n 2 cosθ 2 n1cosθ1 − n 2 cosθ . 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. ANALYZER ELLIPSOMETER (RAE) Nguồn sáng Phân cực cố đònh Phân tích xoay liên tục Mẫu Đầu thu Nguồn sáng Phân cực xoay liên tục Phân tích cố đònh Mẫu Đầu thu ROTATING POLARIZER ELLIPSOMETER. POLARIZER ELLIPSOMETER (RPE) ROTATING POLARIZER ELLIPSOMETER (RPE) Nguồn sáng Bộ bù xoay liên tục Phân cực Phân tích Mẫu Đầu thu ROTATING COMPENSATOR ELLIPSOMETER (RCE) Nguồn sáng Bộ điều biến Phân