ELIPSOMETRYCZNY SYSTEM SPEKTROSKOPOWY DO SZYBKIEJ OCENY SKŁADU CIENKICH WARSTW Bi2Te3-XSeX
Vladimir Kovalev
vladimirkovalev.inc@gmail.comMOCVD Semiconductor Growth Laboratory, Kotelnikov Institute of Radio-Engineering and Electronics of RAS (Federacja Rosyjska)
http://orcid.org/0000-0003-3570-393X
Saygid Uvaysov
MIREA – Russian Technological University (Federacja Rosyjska)
http://orcid.org/0000-0003-1943-6819
Marcin Bogucki
Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Katedra Automatyzacji (Polska)
http://orcid.org/0000-0001-5296-3827
Abstrakt
W artykule najpierw dokonano analizy porównawczej obecnego stanu rozwoju elipsometrii spektroskopowej oraz określono główne ograniczenia typowe dla popularnych konfiguracji urządzeń pomiarowych. Zaproponowano oryginalne rozwiązanie techniczne pozwalające na stworzenie dwuźródłowego elipsometu spektroskopowego z przełączaniem ortogonalnych stanów polaryzacji. Układ pomiarowy zapewnia wysoką precyzję pomiarów parametrów elipsometrycznych Ψ i Δ w zakresie spektralnym 270–2200 nm i prędkości wyznaczonej przez charakterystyki źródeł impulsowych przy prostej konstrukcji elipsometru. Jako obiekty do badań eksperymentalnych potwierdzających wydajność i wysoką precyzję proponowanego elipsometu spektroskopowego, wykorzystano ćwierćfalowy przyrząd GaAs/ZnS dla lasera CO2 oraz płytki kalibracyjne SiO2 na krzemie. Właściwości optyczne warstw Bi2Te3-xSex zbadano w zakresie 270–1000 nm przy użyciu wielokątowego elipsometu spektroskopowego. Wykazano, że właściwości optyczne cienkich warstw Bi2Te3-xSex zmieniają się monotonicznie w zależności od stosunku zawartości selenu i telluru.
Słowa kluczowe:
cienkie warstwy, właściwości optyczne, spektroskopia, transformata Fouriera, elipsometria i polarymetria, optyka cienkowarstwowa, oprzyrządowanie, pomiary i metrologiaBibliografia
Acher O., Bigan E., Drévillon B.: Improvements of phase-modulated ellipsometry. Rev. Sci. Instrum. 60, 1989 [http://doi.org/10.1063/1.1140580].
DOI: https://doi.org/10.1063/1.1140580
Google Scholar
Alonso M. I., Garriga M.: Optical properties of semiconductors. Springer International Publishing Vol. 212, 2018.
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-75377-5_4
Google Scholar
Aspnes D. E.: Spectroscopic ellipsometry — Past, present, and future. Thin Solid Films 571, 2014, 334–344 [http://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.03.056].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.03.056
Google Scholar
Azzam R. M. A.: Photopolarimetric measurement of the Mueller matrix by Fourier analysis of a single detected signal. Opt. Lett. 2, 1978, [http://doi.org/10.1364/ol.2.000148].
DOI: https://doi.org/10.1364/OL.2.000148
Google Scholar
Collins R. W., Koh J.: Dual rotating-compensator multichannel ellipsometer: instrument design for real-time Mueller matrix spectroscopy of surfaces and films. Journal of the Optical Society of America A 16, 1999, 1997 [http://doi.org/10.1364/JOSAA.16.001997].
DOI: https://doi.org/10.1364/JOSAA.16.001997
Google Scholar
Fujiwara H.: Spectroscopic Ellipsometry: Principles and Applications. John Wiley and Sons, 2007.
DOI: https://doi.org/10.1002/9780470060193
Google Scholar
Furchner A., Walder C., Zellmeier M., Rappich J., Hinrichs K.: Broadband infrared Mueller-matrix ellipsometry for studies of structured surfaces and thin films. Appl. Opt. 57, 2018, 7895 [http://doi.org/10.1364/AO.57.007895].
DOI: https://doi.org/10.1364/AO.57.007895
Google Scholar
Garcia-Caurel E., de Martino A., Drévillon B.: Spectroscopic Mueller polarimeter based on liquid crystal devices. Thin Solid Films 455–456, 2004, 120–123 [http://doi.org/10.1016/j.tsf.2003.12.056].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2003.12.056
Google Scholar
Garcia-Caurel E., de Martino A., Gaston J.-P., Yan L.: Application of Spectroscopic Ellipsometry and Mueller Ellipsometry to Optical Characterization. Applied Spectroscopy 67, 2013, 1–21 [http://doi.org/10.1366/12-06883].
DOI: https://doi.org/10.1366/12-06883
Google Scholar
Hinrichs K., Eichhorn K. J., Ertl G., Mills D. L., Lüth H.: Ellipsometry of Functional Organic Surfaces and Films. Springer Series in Surface Sciences Vol. 52, Berlin, Heidelberg, 2014.
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-40128-2
Google Scholar
Kovalev V. I., Rukovishnikov A. I., Kovalev S. V., Kovalev V. V., Rossukanyi N. M.: An achromatic four-mirror compensator for spectral ellipsometers. Opt. Spectrosc. 123, 2017 [http://doi.org/10.1134/S0030400X1707013X].
DOI: https://doi.org/10.1134/S0030400X1707013X
Google Scholar
Kovalev V. I., Rukovishnikov A. I., Kovalev S. V., Kovalev V. V.: An LED multichannel spectral ellipsometer with binary modulation of the polarization state. Instruments and Experimental Techniques 57, 2014 [http://doi.org/10.1134/S002044121405008X].
DOI: https://doi.org/10.1134/S002044121405008X
Google Scholar
Kovalev V. I., Rukovishnikov A. I., Kovalev S. V., Kovalev V. V.: LED broadband spectral ellipsometer with switching of orthogonal polarization states. J. Opt. Technol. 2016, 83, 181 [http://doi.org/10.1364/JOT.83.000181.
DOI: https://doi.org/10.1364/JOT.83.000181
Google Scholar
Kovalev V. V., Kuznetsov P. I., Yakushcheva G. G., Yapaskurt O. V., Kovalev V. I., Rukovishnikov A. I., Kovalev S. V.: MOVPE deposition and optical properties of thin films of a Bi2Te3-xSex topological insulator. J. Phys. Conf. Ser. 1199, 2019, 012038 [http://doi.org/10.1088/1742-6596/1199/1/012038].
DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1199/1/012038
Google Scholar
Kovalev, V.I., Rukovishnikov, A.I., Rossukanyi, N.M., Kovalev, S. V., Kovalev, V. V., Amelichev, V. V., Kostyuk, D. V., Vasil’ev, D. V., Orlov, E. P. LED magneto-optical ellipsometer with the switching of orthogonal polarization states. Instruments and Experimental Techniques 59, 2016, 707–711 [http://doi.org/10.1134/S0020441216040084].
DOI: https://doi.org/10.1134/S0020441216040084
Google Scholar
Kroning A., Furchner A., Aulich D., Bittrich E., Rauch S., Uhlmann P., Eichhorn K. J., Seeber M., Luzinov I., Kilbey S. M., et al.: In Situ Infrared Ellipsometry for Protein Adsorption Studies on Ultrathin Smart Polymer Brushes in Aqueous Environment. ACS Appl. Mater. Interfaces 7, 2015, 12430–12439 [http://doi.org/10.1021/am5075997].
DOI: https://doi.org/10.1021/am5075997
Google Scholar
Li K., Wang S., Wang L., Yu H., Jing N., Xue R., Wang Z.: Fast and Sensitive Ellipsometry-Based Biosensing. Sensors 18, 2017, 15 [http://doi.org/10.3390/s18010015].
DOI: https://doi.org/10.3390/s18010015
Google Scholar
Losurdo M., Bergmair M., Bruno G., Cattelan D., Cobet C., de Martino A., Fleischer K., Dohcevic-Mitrovic Z., Esser N., Galliet M., et al.: Spectroscopic ellipsometry and polarimetry for materials and systems analysis at the nanometer scale: State-of-the-art, potential, and perspectives. J. Nanoparticle 11, 2009, 1521–1554 [http://doi.org/10.1007/s11051-009-9662-6].
DOI: https://doi.org/10.1007/s11051-009-9662-6
Google Scholar
de Martino A., Kim Y.-K., Garcia-Caurel E., Laude B., Drévillon B.: Optimized Mueller polarimeter with liquid crystals. Opt. Lett. 28, 2003, 616 [http://doi.org/10.1364/OL.28.000616].
DOI: https://doi.org/10.1364/OL.28.000616
Google Scholar
Schmidtling T., Pohl U. W., Richter W., Peters S.: In situ spectroscopic ellipsometry study of GaN nucleation layer growth and annealing on sapphire in metal-organic vapor-phase epitaxy. J. Appl. Phys. 98, 2005, [http://doi.org/10.1063/1.1999033].
DOI: https://doi.org/10.1063/1.1999033
Google Scholar
Tompkins H. G., Irene E. A.: Handbook of Ellipsometry. William Andrew Publishing, 2005.
DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-27488-X
Google Scholar
Yim C., O’Brien M., McEvoy N., Winters S., Mirza I., Lunney J. G., Duesberg G. S.: Investigation of the optical properties of MoS2 thin films using spectroscopic ellipsometry. Applied Physics Letters 104, 2014 [http://doi.org/10.1063/1.4868108].
DOI: https://doi.org/10.1063/1.4868108
Google Scholar
Autorzy
Vladimir Kovalevvladimirkovalev.inc@gmail.com
MOCVD Semiconductor Growth Laboratory, Kotelnikov Institute of Radio-Engineering and Electronics of RAS Federacja Rosyjska
http://orcid.org/0000-0003-3570-393X
Autorzy
Saygid UvaysovMIREA – Russian Technological University Federacja Rosyjska
http://orcid.org/0000-0003-1943-6819
Autorzy
Marcin BoguckiPolitechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Katedra Automatyzacji Polska
http://orcid.org/0000-0001-5296-3827
Statystyki
Abstract views: 383PDF downloads: 165
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
