13875 spektroskopia041

82

cznej (b). Również nierówności powierzchni, jej zanieczyszczenia, a także rekonstrukcja powierzchni mogą mieć wpływ na odstępstwo <e>

od e.

Ponieważ a jest wielkością zespoloną, dla każdej długości fali (częstotliwości co) światła możemy wyznaczyć dwa parametry materiału. Na przykład, dla warstwy osadzonej na podłożu możemy określić funkcję dielektryczną, a w szczególności część rzeczywistą funkcji dielektrycznej — dla warstwy nieabsorbującej, albo grubość warstwy.

W materiałach anizotropowych sytuacja jest bardziej skompliowa-na, ponieważ funkcja dielektryczna staje się tensorem i należy przeprowadzić pomiary elipsometryczne dla różnych orientacji i kątów padania światła [20],

W elipsometrach stosowane są polaryzatory w postaci kwarcowych pryzmatów Rochona lub kalcytowych pryzmatów Glana, ponieważ mają one dostatecznie duży współczynnik ekstynkcji 10⁵). Schemat takich polaryzatorów ilustruje rys. 45.

Nie stosuje się pryzmatów Rochona z kalcytu, ponieważ nie można z tego materiału wykonać odpowiednio gładkich powierzchni

Rys. 45. Schematy kwarcowego pryzmatu Rochona (a) i wykonanego z kalcytu pryzmatu Glana (b). Osie optyczne kryształów kwarcu są do siebie prostopadłe (a). Osie optyczne kryształów kalcytu są równoległe (b)

równolegle i prostopadle do osi optycznej. Gładkość powierzchni ma zasadnicze znaczenie dla jakości pryzmatu. Pryzmatu Glana nie można natomiast wykonać z kwarcu, ponieważ straty energii wiązki przechodzącej byłyby zbyt duże ze względu na odbicia na powierzchniach. Podczas pomiarów w zakresie ultrafioletu między częściami pryzmatu Glana znajduje się powietrze, w innych obszarach spektralnych można stosować klej o współczynniku załamania mniejszym niż współczynnik materiału pryzmatu. Kąt łamiący y jest wybrany tak, aby całkowicie wyeliminować z pryzmatu promień związany z większym współczynnikiem załamania.

W zakresie widzialnym są stosowane oba rodzaje pryzmatów, chociaż kwarc jest aktywny optycznie, szczególnie wzdłuż osi optycznej. Nałożenie efektu optycznej aktywności i dwójłomności prowadzi do niewielkiej eliptyczności, która powinna być uwzględniona w analizie wyników pomiarów. Natomiast kalcyt nie nadaje się do pomiarów w ultrafiolecie (powyżej energii 5 eV), ponieważ wykazuje absorpcję światła w tym zakresie. Do konstrukcji pryzmatów Rochona stosuje się też MgF₂, który szczególnie nadaje się do pomiarów w zakresie ultrafioletu.

Ważnym parametrem wpływającym na wyniki pomiarów elipsomet-rycznych jest kąt padania <P. W zależności od rodzaju badanego materiału lub struktury półprzewodnikowej kąty te są odpowiednio dobierane. Do badania warstw stosuje się zazwyczaj kąty $ w przedziale 60° — 80°. Również dokładność ustalenia kąta ma wpływ na wartość funkcji optycznej. Na przykład, dla warstwy Si0₂ na krzemie dla energii 4,8 eV niedokładność kąta o 0,05° prowadzi do 0,4% błędu w określeniu urojonej części funkqi dielektrycznej.

Schemat elipsometru z modulatorem fotoelastycznym jest przedstawiony na rys. 46. Układ ten różni się od standardowego elipsometru tym, że modulacja polaryzacji dotyczy promienia padającego. Jednak, jak to już było powiedziane, nie stwarza to żadnych trudności interpretacyjnych.

Funkcja dielektryczna arsenku galu wyznaczona w zakresie energii 1,5 —5,5 eV metodą elipsometryczną jest przedstawiona na rys. 47. Uzyskane zależności i e₂ są analogiczne do otrzymanych za pomocą pomiarów współczynnika odbicia i analizy Kramersa—Kroniga.