Спектроскопія у зазорі: фаза відбитої хвилі і характеризація плівок
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe63.11.957Ключові слова:
iнтерферометрiя, хвильова фаза, характеристика поверхнi, зворотна задачаАнотація
Оптичнi методи характеризацiї поверхнi спираються на вимiрювання або вiдношення комплексних коефiцiєнтiв вiдбивання для ортогональних поляризацiй свiтла (елiпсометрiя), або магнiтуди цих коефiцiєнтiв, що дозволяє розв’язати обернену проблему, тобто обрахувати параметри поверхнi (такi як кiлькiсть, товщина та проникнiсть плiвок), шляхом їх оптимизацiї. З метою збiльшити кiлькiсть величин, що вимiрюються експериментально, у роботi пропонується метод визначення фази вiдбитого свiтла шляхом аналiзу спектральних особливостей свiтла, вiдбитого вiд плоско паралельного зазора, одну з граней якого утворює дослiджувана поверхня. Показано, яким чином нормований спектр, отриманий в результатi процедури “рухомого зразка”, може бути конвертовано у спектральну залежнiсть магнiтуди i фази коефiцiєнта вiдбивання. Продемонстровано, що знання комплексного коефiцiєнта вiдбивання зводить обернену проблему по вiдновленню дiелектричної проникностi одношарової плiвки до розвязку лiнiйного матричного рiвняння. Це вигiдно вiдрiзняє метод у порiвняннi з елiпсометрiєю, для якої не iснує прямої трансформацiї елiпсометричних кутiв у фiзичнi параметра плiвки.
Посилання
I.V. Masol, V.I. Osinskii, O.T. Sergeev. Information Nanotechnologies (Macros, 2011) (in Russian).
A.A. Goncharov, A.N. Dobrovolskii, E.G. Kostin, I.S. Petrik, E.K. Frolova. Optical, structural, and photocatalytic properties of nanosize titanium dioxide films deposited in magnetron discharge plasma. Zh. Tekhn. Fiz. 84, No. 6, 98 (2014) (in Russian).
A.A. Goncharov, A.N. Evsyukov, E.G. Kostin, B.V. Stetsenko, E.K. Frolova, A.I. Shchurenko. Synthesis of nanocrystalline titanium dioxide films in a magnetron-type cylindrical gas discharge and their optical characterization. Zh. Tekhn. Fiz. 80, No. 8, 127 (2010) (in Russian).
https://doi.org/10.1134/S1063784210080207
V. Lucarini, J.J. Saarinen, K.-E. Peiponen, E.M. Vartiainen. Kramers–Kr¨onig Relations in Optical Materials Research (Springer, 2005).
R. Kitamura, L. Pilon, M. Jonasz. Optical constants of silica glass from extreme ultraviolet to far infrared at near room temperature. Appl. Opt. 46, 8118 (2007).
https://doi.org/10.1364/AO.46.008118
S.P. Lyashenko, V.K. Miloslavskii. A simple method for determining the thickness and optical constants of semiconductor and dielectric layers. Zh. Tekhn. Fiz. 80, No. 8, 127 (2010) (in Russian).
A.S. Valeev, Determination of optical constants of thin weakly absorbing layers. Opt. Spektrosk. 15, No. 4, 111 (1963) (in Russian).
R. Swanepoel. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon. J. Phys. E 16, 1214 (1983).
https://doi.org/10.1088/0022-3735/16/12/023
A.R. Forouhi, I. Bloomer. Optical dispersion relations for amorphous semiconductors and amorphous dielectrics. Phys. Rev. B 34, 7018 (1986).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.34.7018
A.R. Forouhi, I. Bloomer. Optical properties of crystalline semiconductors and dielectrics. Phys. Rev. B 38, 1865 (1988).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.38.1865
G.E. Jellison, F.A. Modine. Parameterization of the optical functions of amorphous materials in the interband region. Appl. Phys. Lett. 69, 371 (1996).
https://doi.org/10.1063/1.118064
A. Rothen. The ellipsometer, an apparatus to measure thickness of thin surface films. Rev. Sci. Instrum. 16, 26 (1945).
https://doi.org/10.1063/1.1770315
R.M.A. Azzam, N.M. Bashara. Ellipsometry and Polarized Light (North-Holland, 1977).
Handbook of Ellipsometry. Edited by H.G. Tompkins, E.A. Irene (W. Andrew Publ., 2005).
H. Fujiwara, Spectroscopic Ellipsometry: Principles and Applications (Wiley, 2007).
https://doi.org/10.1002/9780470060193
I.S. Petryk, O.V. Turchin, O.K. Frolova. Estimation of the measurement accuracy of a thin non-absorbent film parameters using ellipsometry at various incidence angles. Ukr. Fiz. Zh. 51, 623 (2006) (in Ukrainian).
T.M. Kreis, W.P.O. J¨uptner. Principles of digital holography. In Proceedings of the 3rd International Workshop on Automatic Processing of Fringe Patterns, Bremen, Germany, September 15–17, 1997 (Akademie, 1997), p. 353.
D. Carl, B. Kemper, G. Wernicke, G. von Bally. Parameter-optimized digital holographic microscope for high-resolution living-cell analysis. Appl. Optics 43, 6536, (2004).
https://doi.org/10.1364/AO.43.006536
M.K. Kim. Digital Holographic Microscopy: Principles, Techniques, and Applications (Springer, 2011).
https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7793-9
M. Liebling, T. Blu, M. Unser. Complex-wave retrieval from a single off-axis hologram. J. Opt. Soc. Am. A 21, 367 (2004).
https://doi.org/10.1364/JOSAA.21.000367
B. Hecht, B. Sick, U.P. Wild et al. Scanning near-field optical microscopy with aperture probes: Fundamentals and applications. J. Chem. Phys. 112, 7761 (2000).
https://doi.org/10.1063/1.481382
A. Nesci. Measuring Amplitude and Phase in Optical Fields with Sub-Wavelength Features. PhD thesis (Univ. of Neuchatel, 2001).
K. Creath. Phase-measurement interferometry techniques. Progr. Optics 26, 349 (1988).
https://doi.org/10.1016/S0079-6638(08)70178-1
H. Schreiber, J.H. Bruning. Phase shifting interferometry. In Optical Shop Testing. Edited by D. Malacara (Wiley, 2007), chap. 14.
https://doi.org/10.1002/9780470135976.ch14
I. Yamaguchi, T. Zhang. Phase-shifting digital holography. Opt. Lett. 22, 1268 (1997).
https://doi.org/10.1364/OL.22.001268
G.E. Sommargren. Interferometric Wavefront Measurement. US Patent 4, 594, 003 (1986).
J. Schmit, K. Creath, J.C. Wyant. Surface profilers, multiple wavelength, and white light intereferometry. In Optical Shop Testing. Edited by D. Malacara (Wiley, 2007), chap. 15.
https://doi.org/10.1002/9780470135976.ch15
P.J. de Groot, Interference microscopy for surface structure analysis. In Handbook of Optical Metrology: Principles and Applications. Edited by T. Yoshizawa (CRC Press, 2015), chap. 31.
A.F. Fercher. Optical coherence tomography. J. Biomed. Opt. 1, 157 (1996).
https://doi.org/10.1117/12.231361
I.H. Malitson. Interspecimen comparison of the refractive index of fused silica. J. Opt. Soc. Am. 55, 1205 (1965).
https://doi.org/10.1364/JOSA.55.001205
http://www.aerotech.com/product-catalog/stages.aspx.
M. Born, E. Wolf. Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1999).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
