La elipsometría espectroscópica es no invasiva, no destructiva sin contacto, y puede permitir al usuario determinar varias propiedades de la película simultáneamente. La técnica es rápida y no requiere preparación de muestras. También es preciso, reproducible, muy sensible a películas delgadas por debajo de 10 nm, y cubre un amplio rango espectral, generalmente entre 190 y 2100 nm. La elipsometría espectroscópica es aplicable a casi cualquier material de película fina y es ideal para aplicaciones in situ.
Los materiales adecuados para la elipsometría espectroscópica incluyen semiconductores, dieléctricos, polímeros, orgánicos y metales. La elipsometría también puede utilizarse para estudiar interfaces sólido-líquido o líquidolíquido.
Dependiendo del tipo de material, la elipsometría puede medir un grosor desde unas pocas A hasta decenas de micras. La profundidad que puede viajar la luz en el material depende del coeficiente de absorción del material. Es importante tener en cuenta que para muestras ópticamente opacas, como las películas metálicas superiores a unos 50 nm, la elipsometría solo puede determinar propiedades ópticas y NO el grosor. Esto se debe a la fuerte naturaleza absorbente de los metales y, por tanto, a una profundidad de penetración de luz muy poco profunda. Para muestras transparentes o semitransparentes, en cambio, el grosor máximo medible por un elipsómetro depende de la resolución espectral del instrumento.
Dependiendo del instrumento, el rango espectral puede oscilar entre 145 nm y 2100 nm. Por ejemplo, los instrumentos Auto-SE y Smart-SE tienen un rango espectral fijo de 450 nm a 1000 nm, el sistema UVISEL PLUS ofrece dos rangos espectrales diferentes: 190 nm-920 nm y 190 nm-2100 nm, y el rango espectral UVISEL 2 va de 190 nm a 1000 nm con una extensión opcional NIR hasta 2100 nm. También ofrecemos el instrumento UVISEL 2-VUV, que tiene un rango espectral de 145 nm a 880 nm, también con una extensión opcional NIR hasta 2100 nm.
La región NIR es útil para medir el grosor de materiales que absorben en el rango visible, así como muestras gruesas. La región NIR también puede ser útil si necesitas conocer las propiedades ópticas en la región NIR.
La región de Ultravioleta Lejano (FUV) es útil para determinar la brecha de bandas, cristalinidad, composición y absorción de dieléctricos y semiconductores. También ayuda a medir películas ultrafinas y películas con bajo contraste índice. Y, por supuesto, las mediciones en el rango FUV son, por supuesto, necesarias para aplicaciones donde se necesitan conocer las propiedades ópticas del material en esa región, por ejemplo, la fotolitografía.
Un reflectómetro mide una relación de intensidad de la luz, mientras que la elipsometría espectroscópica mide el cambio en el estado de polarización de la luz.
Tanto la elipsometría espectroscópica como la reflectometría son técnicas ópticas sin contacto, y ambas requieren modelado para obtener un resultado. Sin embargo, un reflectómetro mide una relación de intensidad de la luz, mientras que la elipsometría espectroscópica mide el cambio en el estado de polarización de la luz (es decir, el vector de campo eléctrico).
Reflectometría para una capa de óxido nativo en c-Si.
La reflectometría no es sensible a pequeños cambios en el grosor de la película fina, por lo que generalmente se utiliza en muestras más gruesas (>100 nm), mientras que la elipsometría es muy sensible a películas ultrafinas. Las figuras de la derecha muestran la reflectometría (arriba) y el parámetro Δ, medido por elipsometría (abajo) para una capa nativa de óxido en c-Si.
El parámetro Δ, medido por elipsometría para una capa nativa de óxido en c-Si.
Está claro que la reflectometría no es sensible a la capa ultrafina, mientras que la elipsometría sí lo es. Además, dado que la reflectometría se basa en la intensidad, cambios como la intensidad de la lámpara pueden alterar los resultados. La elipsometría se basa en la polarización, por lo que la intensidad de la lámpara solo es importante para obtener una buena señal-ruido. Un elipsómetro también puede medir la reflectancia y la transmitancia.
La reflectometría es capaz de medir películas simples y gruesas (>100 nm), pero no tiene tanta sensibilidad como la elipsometría para manejar películas finas (<100 nm). Además, la reflectometría se utiliza generalmente para películas transparentes de una sola capa. No es útil para ciertas muestras, como aquellas que son multicapa, anisotrópicas, absorbentes y/o clasificadas.
La aplicación de la elipsometría espectroscópica es útil en cualquier lugar donde haya películas finas, incluyendo: fotovoltaica, microelectrónica y semiconductores, pantallas planas, optoelectrónica, metalurgia, recubrimientos ópticos, bioquímica, nanotecnología, polímeros y materiales orgánicos. Algunos de los materiales medidos con elipsometría y utilizados en las aplicaciones anteriores incluyen c-Si, a-Si, p-Si, mc-Si, CdTe, CIGS, CdS, SiN, SiC, GaAs, AlGaAs, AlN, InGaN, SnO 2, SiO 2, PET, PEN, ZnO, PbS, PbSe, TiO 2, Al, Ag, Au y nanotubos de carbono, por nombrar solo algunos. Si no está seguro de si su solicitud es adecuada para la elipsometría espectroscópica, por favor contáctenos.
