Эллипсометрия анизотропных и несовершенных полупроводниковых материалов и структур / Спесивцев Е.В., Швец В.А., Рыхлицкий С.В

С развитием нанотехнологий появляются новые материалы, характеризующиеся нелинейнымиоптическими свойствами, анизотропной внутренней и поверхностной структурой, сложнойповерхностью. Это приводит к тому, что отраженный от такой поверхности свет имеет сложныйполяризационный состав. Он может характеризоваться смешанной поляризацией, в случае еслианализируемый участок поверхности неоднороден по оптическим свойствам. Кроме того, в немможет присутствовать деполяризованная компонента. Физической причиной возникновениядеполяризации может быть диффузное рассеяние света на рельефе поверхности или неоднородностьоптических свойств по площади или толщине образца. Эффекты деполяризации наблюдаются, кпримеру, при выращивании буферных слоев, металлических пленок на GaAs, кластеров InAs наGaAs, алмазоподобных пленок, пористого и поликристаллического кремния для солнечных элеменови т.д.Подобные объекты требуют проведения полных эллипсометрических измерений, то естьрасширения эллипсометрического метода до возможности измерения полной 16-ти элементнойматрицы Мюллера-Джонса. Такой метод дает исчерпывающую информацию об оптическихсвойствах анизотропной, а также деполяризующей диффузно рассеивающей поверхности.Для проведения полных измерений требуется создание соответствующей аппаратуры. Намиразработан эллипсометр на основе оригинальной и запатентованной двухканальной измерительнойсхемы [1]. Данная схема относится к классу статических фотометрических схем, и характеризуетсярядом существенных преимуществ. Накопление данных ведется при неподвижных поляризационныхэлементах и при отсутствии модуляции сигнала. Это обеспечивает высокое быстродействие присохранении высокой чувствительности, поскольку скорость измерения ограничивается тольковременем оцифровки сигнала. Кроме того, алгоритм обработки данных предусматривает измерениеотношения дифференциальной разности сигналов в каждом канале к их сумме, что исключаетвлияние флуктуаций интенсивности источника излучения.Методика предполагает наряду со стандартными положениями призмы поляризатора ± 45°,использовать дополнительные положения 0° и 90°, то есть параллельно плоскости падения иперпендикулярно к ней. Это позволяет помимо основных диагональных элементов pp и pp измерятьнедиагональные элементы матрицы Джонса ps, ps, ps и ps, а также определять степеньполяризации отражённого света, а значит разделять эффекты анизотропии и деполяризации, и вконечном счете, получать полную информацию о поверхности. Нужно отметить, что по сравнению стехникой прямых измерений матрицы Мюллера, где эффекты анизотропии и деполяризации неразделяются, предложенная методика позволяет их разделить.