Лабораторная работа № 2

Определение оптических характеристик тонких пленок

Цель работы: освоить методику измерения спектров просекания тонких диэлектрических пленок в видимой области. Определить опти­ческие постоянные тонких пленок, используя спектральную интерфе­ренционную кривую пропускания.

Приборы и принадлежности: спектрофотометр СФ-46, тонкие плен­ки

SiO₂, In₂O₃, MgF₂, IrO₂, нанесенные на подложки из NaCl, стекла К8, кварца С5-1.

Теоретическое введение

При получении тонкопленочных покрытий, используемых в качес­тве функциональных элементов оптики, микроэлектроники и др. облас­тей науки и техники, важной задачей является определение их опти­ческих свойств. К настоящему времени разработано множество методов определения оптических констант – показателя преломления n и коэффициента поглощения x, использующих в своей основе различные экспериментальные параметры, различающихся областью применения, точностью и т.д. Рассмотрим некоторые из них.

Эллипсометрия.

Для того, чтобы охарактеризовать с оптической точки зрения тонкую изотропную пленку, необходимо указать значения оптических постоянных n и x, материала а также ее толщину d. Метод эллипсометрии основан на измерении параметров, описывающих состояние поляризации отраженного от исследуемой пленки света. Поскольку плоскополяризованный свет после отражения оказывается эллиптически-поляризованным, понятно происхождение названия этого метода. С помощью эллипсометра определяются сдвиги фаз при отражении световых волн, поляризованных параллельно плоскости падения d_p и перпендикулярно плоскости падения d_s, а также относительный азимут эллипса поляризации отраженного света y. Эти экспериментальные параметры связаны оптическими параметрами пленки:

, (1)

где = f (n, x, d), = f ¢(n, x, d) – комплексные коэффициенты отражения для параллельно и перпен­дикулярно поляризованного света.

Выражение (1) является уравнением для комплексных величин, которое разбивается на два уравнения - для действительной и мни­мой составляющих. Т.е., решив уравнение (1), можно найти значения двух величин, например n и x, если d определено из независимых измерений. Все три величины n, и x и d могут быть определены по D и y, измеренных при двух различных углах падения.