Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Параметры р и А могут связываться с константами пик для однородных массивных сред посредством формул (4.18) -(4.36).
]) Иногда эллипсометрией называют методы определения толщины пленок по параметрам отраженного света (§ 32), однако .мы считаем более правильной принятую здесь терминологию.
§ 31]
ЭЛЛИПСОМЕТРИЯ
261
В таком виде методика применяется для исследования металлов [014, 57, 58] и полупроводников [020].
Общие принципы техники эллипсометрии и полная библиография изложены в ряде обзоров и монографий [59-63].
Чтобы получить большее значение Л при меньших ф (что, как указано выше, увеличивает точность), применяется метод многократного отражения [58-64]. Легко убедиться в том, что при m-кратном отражении
г(т)
_!___
Лт) - Р е •
' -L
однако часто трудно иметь 3-4 одинаковых образца. Особенно важно увеличение Аоум для инфракрасной области, где компенсаторов нет и необходимо (многократным отражением ¦ и подбором ф) приводить Дсум к 0, 90° или 180°.
В случае фотоэлектрического приемника часто удобно получать при отражении циркулярную поляризацию, фиксируемую по неизменности сигнала при повороте анализатора. Нахождение азимута восстановленной линейной поляризации можно осуществить достаточно точно лишь при качании плоскости поляризации [65]; это одновременно обеспечивает модуляцию сигнала, повышая еще точность.
Точность измерений сильно зависит от ориентации поляризационных приспособлений относительно плоскости падения в зависимости от р и А (рекомендации и номограммы для подбора даны в работах [66, 67]). Анализ других возможностей повышения точности приведен в работах [68, 69], а машинные обработки результатов методики - в работах [70].
Для расчетов обычно применяются формулы (4.26) - (4.31) или строгие формулы (4.23) - (4.25). Сложность расчетов заставляет и с точки зрения вычислительной предпочитать Д = я/2; как было видно в § 4, это сильно упрощает вычисления.
Техника эксперимента развивалась также в ряде работ, приведенных в следующем параграфе. Эллипсомет-рия может быть применена и для шероховатых поверхностей; обсуждение этого см. в работах [60, стр. 131] и [71].
262
ПРИМЕНЕНИЯ ЯВЛЕНИЙ ОТРАЖЕНИЯ
[ГЛ. 7
Из данных и графиков, приведенных в § 30, видно, что все методы в общем дают низкую точность при слабом поглощении.
Как было показано в § 23-26 и в цитированных работах по адсорбционным слоям [59-62 и др.] (см. § 32), эллипсометрические измерения позволяют уловить весьма тонкие явления в непоглощающих слоях и пленках, оценивать их толщины и т. п., однако при измерении заметного, но малого поглощения (х<:0,2-0,3) и они не особенно точны. Кроме того, при малых поглощениях весьма усложняет дело наличие неселективного фона. Поэтому для малых х (см. также табл. 6) приходится искать иные методы. Особенно это относится к отражательной спектроскопии _в химии, где очень часто представляют интерес слабые полосы поглощения; в ряде случаев увеличение поглощения повышением концентрации раствора вносит добавочные осложнения вследствие ассоциации и иных междучастичных взаимодействий. Поэтому для малых х широкое распространение получили методы НПВО, особенно удобные именно в этом диапазоне (ср. рис. 14).
Следует остановиться на применении всех описанных методик к исследованию кристаллов. Очевидно, что число измерений в этом случае должно быть больше - по крайней мере четыре для одноосных кристаллов, ибо последние характеризуются четырьмя параметрами - п0, пя, х0, хн. Видимо, необходимо, или, во всяком случае желательно, чтобы число измерений было больше [72]. С другой стороны, анализ [015] показывает, что проводя для прозрачных кристаллов измерения интенсивности и поляризации отраженного света, можно в принципе определить все параметры по отражению от одного аншлифа (одной отполированной плоскости) как для одно-, так и для двуосного кристалла. Это можно осуществить, в частности, только измерениями состояния поляризации или же их сочетанием с измерениями интенсивностей.
В качестве одного из примеров возможного комплекта измерений Ф. И. Федоров указывает (для одноосного прозрачного кристалла):
1) отыскание главной плоскости поворотом кристалла;
ЭЛЛИПСОМЕТРИЯ
263
2) измерение трех углов падения, дающих в отражении колебания в трех определенных (заданных) азимутах;
3) определение угла полной поляризации, т. е. всего 5 измерений.
Подобных комбинаций можно предложить много. Однако в § 5 было показано, что для наиболее точного измерения параметров анизотропии кристалла необходимо выбрать определенную ориентацию его оси относительно отражающей поверхности и плоскости падения. Обсуждение и выбор наиболее выгодных методик для поглощающих кристаллов в полном объеме еще не проведены, главным образом вследствие чрезвычайной громоздкости общих формул.
В работах [73-79] даны некоторые рекомендации, а в работе [80] - алгоритм решения. В частности, рекомендовалось измерять коэффициент отражения jRii при трех углах падения и составлять их отношения при расположении оси (одноосных) кристаллов в отражающей поверхности и двух ее других ориентациях (cJLN; с||а и c_La). Для одноосных кристаллов предложен способ определения я и % сравнительно простой графической процедурой на основании двух измерений Rn в тех же положениях. Видимо, положение оси в отражающей плоскости - одно из наиболее чувствительных для определениям!^ - и ориентации; это видно и из наших рис. 25-27.
