Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
В литературе рассматривался способ ориентации кристаллов по отражению [015], а также некоторые особые приемы [43], однако они пригодны при качественных естественных гранях, а при произвольной ориентации поверхности отражения недостаточны; здесь необходимы обычные кристаллографические приемы. Рекомендована [81] методика, позволяющая определить ориентацию и дисперсию осей. Удобные формулы для определения осей эллипсоида е даны в работе [82].
Ориентация кристалла важна не только с точки зрения измерения констант с большей точностью, но и потому, что возбуждение тех или иных переходов происходит с разной интенсивностью при различных ориентациях. На рис. 86 [83] приведен пример для кварца;
264
ПРИМЕНЕНИЯ ЯВЛЕНИЙ ОТРАЖЕНИЯ
[ГЛ. 7
видно, как при различных углах cN выявляются различные моды колебательного спектра (продольные и поперечные) (см. стр. 222).
Во многие цитированных выше работах производились измерения для аншлифа, сделанного ^на одноосных кристаллах перпендикулярно оптической оси. Ориентация
Рис. 86. Отражение от поверхности кристалла кварца при нормальном падении в зависимости от ориентации оптической оси: а) ориентация векторов и отражение при 0-0-40°; б) отражение при 0 = 50-90". В кристалле прошедший луч - необыкновенный.
производилась либо по естественной грани, либо кристаллографическими методами (таким же способом, а не оптическим методом по отражению определялась и ориентация оси при ином направлении аншлифа). Это значительно упрощает вычисления (и в некоторой мере методику), однако ориентация отражающей поверхности перпендикулярно оси (c||N), как видно из рис. 25-27,- не самая лучшая для получения наибольшей точности. Вопрос еще подлежит обсуждению.
S) ш,см4
аI ш,см~1
ИЗМЕРЕНИЯ НЛ ТОНКИХ СЛОЯХ И ПЛЕНКАХ
265
§ 32. Измерения на тонких слоях и пленках
Исследования по методу отражения особенно часто проводятся для тонких слоев и пленок. Таким образом исследуются адсорбционные слои, поверхностные слои, технические покрытия оптотехники и др., напыленные слои и т. п. Это объясняется тем, что метод позволяет определить сразу три параметра: п, к, I. Представляют особый интерес измерения толщины при когда
интерференционные измерения технически или принципиально неудобны, а микроскопические требуют нару- ¦ шения целостности слоя.
Техника самих измерений остается в принципе той же, что и для массивных образцов; чаще всего применяется эллипсометрия. Расчеты для слоев, толщина которых допускает макроскопическую трактовку, проводятся по двум схемам:
J) Сравнительно толстые слои - по методам, указанным в § 21, п. А, и др., причем производится расчет отражения на каждой границе раздела по формулам Френеля.
2) Сравнительно тонкие слои - методом расчета отражения от рассматриваемого слоя как от переходного слоя по формулам Друде (22.3) - (22.6).
Границы применимости методик обсуждены в § 21-23.
Следует отметить, что в ряде работ формулы Друде считаются пригодными даже для мономолекулярных слоев и для адсорбционных монослоев, лишь частично покрывающих подложку; это, очевидно, ошибочно. Для слоев молекулярных размеров должны применяться иные формулы., например, типа формул (23.5), (23.6) или (23.1), (23.2). Поскольку эти формулы по виду совпадают с формулами Друде, но физический смысл параметров в них иной, вычисления по формулам Друде дают эмпирические параметры, могущие иногда коррелировать с ходом явлений или полезные в ином отношении, но лишенные физического смысла.
Эти замечания в равной мере относятся к определениям толщины.
В работе [84], например, для слоев Ag при толщинах
ПА °
20-100 А данные прямых измерений I уже отличаются
266
ПРИМЕНЕНИЯ ЯВЛЕНИИ ОТРАЖЕНИЯ
[ГЛ, 7
от результатов эллипсометрии с расчетами по формулам Друде в пределах 30-50%, хотя для сильно поглощающих металлов толщины, при которых пригодны формулы Френеля, должны быть, вероятно, меньше (применение формул Друде при очень сильном поглощении следует обсудить особо, см. также замечания на стр. 188)').
Для тонких пленок при слабом поглощении желательны измерения при многократном отражении [85]. Ряд приближенных формул для вычисления п, к, I в случае тонких пленок дан в работах Абеле [40, 86],Зом-мерфельда (в удобной форме формулы последнего даны и продискутированы в работах [87-89]; см. также [021] и гл. 5 [17, 19, 22]). Для сильно поглощающих пленок расчеты Абеле должны быть несколько уточнены [90].
Вопросы, касающиеся специально измерений толщины пленок, обсуждались в работах [30, 91-97] и гл. 2
[17]. Выбор оптимального угла падения для получения наибольшей точности в определении толщины рассмотрен в работе [98].
Имеются обзоры экспериментальных методик [63,
99] и специальное обсуждение методик расчета [71,
100]. Даны таблицы для определения I в пределах от
1000 до 2000 А [101] и номограммы [69, 101, 102]. Существует ряд методик расчета по формулам Френеля, разработанных применительно к излагаемому ниже методу НПВО (см. § 33); однако они могут быть применены в принципе и для тонких пленок, поскольку в методе НПВО измеряемые слои также тонки. Эти методики указаны в табл. 6.
