Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

M9: Ellipsometrie
Prinzip des Verfahrens
Die Probe wird mit einem parallelen Lichtstrahl
mit definierter Polarisation beleuchtet und das von
der Probe reflektierte (oder durch sie transmittierte)
Licht auf einem Detektor aufgefangen (Abb. 1). Im
Strahlengang befinden sich zumindest zwei Polarisatoren,
einer vor der Probe, der zweite vor dem
Detektor (Analysator).
Bei RAE-Geräten wird der Polarisator fix gehalten,
während der Analysator mit konstanter
Winkelgeschwindigkeit rotiert und so auf dem
Detektor ein zeitperiodisches Signal erzeugt wird,
dessen Fourier-Transformierte zur Generierung der
Messwerte herangezogen wird (bei RPE rotiert der
Polarisator während der Analysator feststeht, bei
RCE stehen Polarisator und Analysator fest, ein
Winkel des elektrischen Feldvektors (E) zur aus
dem Einfallslot und dem Strahlvektor
gebildeten
Einfallsebene (s. Abb. 1). Die Strahlung besitzt also
eine in der Einfallsebene liegende (p)-Komponente
und eine dazu senkrechte (s). Bei der Reflexion an
der Probe werden nun diese beiden Komponenten
der Strahlung i. A.
mit unterschiedlichen
Amplituden
und Phasen reflektiert,
sodass die nach der Reflexion
auf den Analysator auftreffende Strahlung i. A.
Die Form der Polarisationsellipse
und die Nei-
im Strahlengang befindlicher Phasenkompensator gung φ ihrer Achsen (φ,π) der Ellipse gegen die
(vgl. weiter unten) „rotiert“). Es sei die einfallende
des Laborkoordinatensystems
(s,p) sind durch
die
Strahlung linear polarisiert, mit einem bestimmten
Amplituden
der
elektrischen Feldvektoren und de-
ren Phasenverschiebung φ bestimmt:
elliptisch polarisiert ist (Abb. 1). Achsenverhältnis
und Lage der Achsen in Bezug auf ein Laborkoordinatensystem
(Abb. 2) sind durch die Reflexion
an der Probe eindeutig mit der Polarisation des
einfallenden Strahles verknüpft, somit kann das
komplexe Verhältnis der aus der Maxwellschen
Elektrodynamik folgenden Fresnel-Koeffizienten
für p- und s-polarisierte Strahlung berechnet werden:
einfallend
reflektiert
p
s
E
einfallend
Probe
reflektiert
p
s
E
Abbildung 1:
Prinzip der Ellipsometrie (in Reflexionsgeometrie).
E p0
p
22
E
p
E
E
Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005