इमेजिंग ellipsometry - ऑपरेशन का भूतल विशेषता के लिए सिद्धांतों

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परिचय

Ellipsometry एक बेहद संवेदनशील ऑप्टिकल तकनीक है कि के बारे में एक सौ वर्षों के लिए इस्तेमाल किया गया है सतहों के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए है. यह सिद्धांत है कि प्रकाश का ध्रुवीकरण राज्य बदल सकता है जब प्रकाश बीम एक सतह से परिलक्षित होता है पर काम करता है. यदि सतह पर एक पतली फिल्म या फिल्मों के ढेर से कवर किया जाता है, फिल्म और सब्सट्रेट के पूरे ऑप्टिकल प्रणाली ध्रुवीकरण में परिवर्तन को प्रभावित करता है. ध्रुवीकरण के अण्डाकार राज्य है, जहां बिजली के क्षेत्र वेक्टर एक दीर्घवृत्त के साथ चलता है जब अंतरिक्ष में एक निश्चित बिंदु पर देखा ध्रुवीकरण की सबसे सामान्य स्थिति है. एक के बुनियादी घटकों ellipsometer एक प्रकाश स्रोत, कुछ ध्रुवीकरण बदलने के ऑप्टिकल घटकों और एक डिटेक्टर हैं. इमेजिंग तकनीक की मदद के साथ, यह संभव है शास्त्रीय विस्तार ellipsometer दृश्य उपकरण या पतली फिल्मों के लिए उच्च संवेदनशीलता के साथ एक खुर्दबीन के एक नए रूप के लिए.

चित्रा 1 एक ellipsometer के ऐतिहासिक सेटअप [पॉल Drude, Lehrbuch der Optik, लाइपजि + ग, 1906]

प्रकाश का ध्रुवीकरण

आदेश में प्रकाश है, जो एक विद्युत चुम्बकीय तरंग का वर्णन करने के लिए, और बिजली क्षेत्र ई की दिशा और शक्ति के रूप में इस चुंबकीय क्षेत्र की तुलना में एक बात के साथ मजबूत संपर्क किया है माना जाता है. रंग का प्रकाश अंतरिक्ष ई में एक बिंदु पर, एक एक्स, वाई, z-समन्वय प्रणाली के साथ हो सकता है तीन स्वतंत्र हार्मोनिक दोलनों में विभाजित है. यदि प्रकाश की लहर एक विमान की लहर है कि z-अक्ष के साथ यात्रा है, ई वेक्टर हमेशा z के लिए orthogonal, इस प्रकार यह एक्स और वाई के साथ दो हार्मोनिक दोलनों के द्वारा वर्णित किया जा सकता है इन दोलनों एक समान आवृत्ति है, लेकिन एक अलग आयाम और चरण. नतीजतन, ई वेक्टर अंतरिक्ष में एक निर्दिष्ट बिंदु पर एक दीर्घवृत्त के साथ चलता है. जिस तरह में एक सदिश क्षेत्र अंतरिक्ष में एक निश्चित बिंदु पर समय के साथ बदलता रहता है ध्रुवीकरण के रूप में जाना जाता है. इसलिए रंग का प्रकाश की सबसे सामान्य ध्रुवीकरण अण्डाकार है. यदि x और y दोलनों के बराबर हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक सीधी रेखा में दीर्घवृत्त रूपों. यदि चरण अंतर एक सर्कल में + / ° -90 दीर्घवृत्त रूपों है. इस प्रकार, रैखिक और परिपत्र ध्रुवीकरण सामान्य अण्डाकार राज्य के विशेष मामलों रहे हैं. सभी दूसरे चरण मतभेद के लिए, एक "सच" दीर्घवृत्त विकसित.

चित्रा 2. प्रकाश का ध्रुवीकरण राज्य.

उचित समन्वय प्रणाली

जब एक प्रकाश किरण परोक्ष घटना के तहत एक सतह illuminates एक विमान लहर वेक्टर प्रकाश की दिशा में ओर इशारा करते हुए कश्मीर और सतह सामान्य एन द्वारा निर्दिष्ट किया जा सकता है इस घटना के विमान के रूप में में जाना जाता है. x और y के निर्देशों का इस तरह से है कि x घटना के विमान के समानांतर है और y सीधा है में परिभाषित कर रहे हैं. इन दिशाओं पी के रूप में समानांतर और सीधा है कि x, y के अंकन की जगह के लिए के लिए नामित कर रहे हैं. इस प्रकार, बिजली के क्षेत्र ई अपनी पी और एस घटकों में हल हो गई है.

सतहों पर परछाई

प्रकाश नमूना की सतह से परिलक्षित होता है. नमूना कई अलग ऑप्टिकल गुण होने परतों के साथ एक जटिल ऑप्टिकल प्रणाली शामिल हैं. परत इंटरफेस में एकाधिक प्रतिबिंब ध्रुवीकरण का एक संशोधित राज्य के साथ एक परिलक्षित प्रकाश लहर फार्म मिलाना. विशेष रूप से, पी और एस घटकों चरण पाली की एक सीमा के अधीन हो सकता है और भी अलग चिंतनशील गुण एक्ज़िबिट जाएगा. इस प्रकार, और ध्रुवीकरण के दीर्घवृत्त के आकार और आकार बदल रहे हैं. यह परिवर्तन ऑप्टिकल प्रणाली या नमूना के गुणों की मात्रा मूल्यों है. घटना और प्रतिबिंबित ई वैक्टर नमूना का प्रतिबिंब मैट्रिक्स आर के रूप में एक समीकरण में दिखाया से जुड़े हुए हैं: