Как уже отмечалось выше, при измерении коэффициента отражения по интенсивности при нормальном падении, экспериментатор получает один параметр, а для нахождения, скажем, комплексного показателя преломления, необходимы измерения в широком спектре и их обработка с помощью соотношений Крамерса-Кронига. Более информативным является измерение коэффициентов отражения (либо, реже прохождения) при наклонном падении, для двух типов волн, различающихся по поляризации. Линейно поляризованная волна может быть s типа (TE волна, вектор напряжённости электрического поля нормален плоскости падения), либо p типа (TM волна, вектор напряжённости магнитного поля нормален плоскости падения) [1.5,1.6]. При наклонном падении под углом j1 из полупространства 1, коэффициенты отражения от полупространства 2 определяются по коэффициентам Френеля [1.5, 3.12]:
7.11
угол преломления - j2.
В общем случае, поляризация света эллиптическая, эллипс можно представить вви де суммы двух линейных компонент p и s со сдвигом фаз между ними. Параметры эллипса можно определить углами Y1 и D1 либо (Y2 и D2), где первый это арктангенс соотношения амплитуд p и s компоненты, а второй – разница фаз между p и s компонентами, для падающей либо отражённой волны соответственно. Так как коэффициент отражения для p и s волн различен, при отражении меняются и параметры эллипса. Из эллипсометрических измерений, получают значения углов Y и D, связанных основным уравнением эллипсометрии [3.12, с. 43]:
7.17
Обычно для измерений применяют так называемые нулевые схемы с компенсаторами. Компенсатор – прозрачная пластинка l/4 (из одноосного кристалла), пройдя которую линейно поляризованный свет лазера становится эллиптически поляризованным, с параметрами эллипса, зависящими от угла между вектором поляризации света и выделенной оптической осью кристалла. Параметры эллипса поляризации света, падающего на образец, подбираются такими, чтобы отражённый свет был поляризован линейно. Интенсивность линейно поляризованного отражённого света можно «погасить» практически до нуля анализатором на выходе (обычно поляризатор типа призмы Глана), поэтому схема называется нулевой. Из положения компенсатора и анализатора в точке «гашения», вычисляют значения углов Y и D.
При исследовании многослойных полупроводниковых структур применяют измерения при различных углах падения и интерпретируют полученные данные с учётом интерференции света.
Метод эллипсометрии весьма чувствителен к малейшему изменению оптических свойств приповерхностных слоёв. Так, заметное изменение эллипсометрических углов можно зафиксировать при осаждении на поверхность полупроводника атомов другого материала с эффективным покрытием в одну сотую монослоя. В последнее время появились эллипсометры с временным разрешением, позволяющие исследовать быстропротекающие процессы “in situ”. Эллипсометрия с применением широкого набора частот падающего света, называется спектроскопической эллипсометрией.
С применением метода эллипсометрии можно исследовать не только оптические константы, но и, к примеру, толщину плёнок.
Лекция 19. Механизмы поглощения электромагнитных волн полупроводниками. Фундаментальное поглощение для прямозонных и непрямозонных полупроводников.
Фундаментальное поглощение в прямозонных и непрямозонных полупроводниках. Экситонное и решёточное поглощение.
Процессы поглощения света следует классифицировать по тому, на что непосредственно расходуется энергия поглощенных фотонов. Можно выделить следующие механизмы:
1) Собственное (или фундаментальное) поглощение: Энергия фотона расходуется на возбуждение электрона из валентной зоны в зону проводимости.
2) Экситонное поглощение: энергия фотона расходуется на образование экситона. Экситон - нейтральная квазичастица, представляющая собой связанное состояние электрона и дырки, возникающее в результате их кулоновского взаимодействия.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.