A elipsometria espectroscópica é não invasiva, não destrutiva e sem contato, permitindo ao usuário determinar diversas propriedades de filmes simultaneamente. A técnica é rápida e não requer preparação da amostra. Além disso, é precisa, reprodutível, muito sensível a filmes finos com espessura inferior a 10 nm e abrange uma ampla faixa espectral, geralmente de 190 a 2100 nm. A elipsometria espectroscópica é aplicável a praticamente qualquer material de filme fino e é ideal para aplicações in situ.
Os materiais adequados para elipsometria espectroscópica incluem semicondutores, dielétricos, polímeros, compostos orgânicos e metais. A elipsometria também pode ser usada para estudar interfaces sólido-líquido ou líquido-líquido.
Dependendo do tipo de material, a elipsometria pode medir espessuras que variam de alguns Å a dezenas de micrômetros. A profundidade de penetração da luz no material depende do seu coeficiente de absorção. É importante lembrar que, para amostras opticamente opacas, como filmes metálicos com espessura superior a cerca de 50 nm, a elipsometria só pode determinar propriedades ópticas e NÃO a espessura. Isso ocorre devido à forte absorção dos metais e, consequentemente, à baixa profundidade de penetração da luz. Para amostras transparentes ou semitransparentes, por outro lado, a espessura máxima mensurável por um elipsômetro depende da resolução espectral do instrumento.
Dependendo do instrumento, a faixa espectral pode variar de 145 nm a 2100 nm. Por exemplo, os instrumentos Auto-SE e Smart-SE possuem uma faixa espectral fixa de 450 nm a 1000 nm; o sistema UVISEL PLUS oferece duas faixas espectrais diferentes: 190 nm a 920 nm e 190 nm a 2100 nm; e a faixa espectral do UVISEL 2 é de 190 nm a 1000 nm, com uma extensão NIR opcional até 2100 nm. Também oferecemos o instrumento UVISEL 2-VUV, que possui uma faixa espectral de 145 nm a 880 nm, também com uma extensão NIR opcional até 2100 nm.
A região do infravermelho próximo (NIR) é útil para medir a espessura de materiais que absorvem na faixa visível, bem como amostras espessas. A região do NIR também pode ser útil se você precisar conhecer as propriedades ópticas nessa região.
A região do ultravioleta distante (FUV) é útil para determinar a banda proibida, a cristalinidade, a composição e a absorção de dielétricos e semicondutores. Também auxilia na medição de filmes ultrafinos e filmes com baixo contraste de índice de refração. Além disso, medições na faixa do FUV são, naturalmente, necessárias para aplicações que exigem o conhecimento das propriedades ópticas do material nessa região, como, por exemplo, na fotolitografia.
Um refletômetro mede a razão de intensidade da luz, enquanto a elipsometria espectroscópica mede a mudança no estado de polarização da luz.
Tanto a elipsometria espectroscópica quanto a refletometria são técnicas ópticas sem contato, e ambas requerem modelagem para a obtenção de um resultado. Um refletômetro, no entanto, mede a razão de intensidade da luz, enquanto a elipsometria espectroscópica mede a mudança no estado de polarização da luz (ou seja, o vetor do campo elétrico).
Refletometria para uma camada de óxido nativo em c-Si.
A refletometria não é sensível a pequenas variações na espessura de filmes finos, sendo geralmente utilizada em amostras mais espessas (>100 nm), enquanto a elipsometria é muito sensível a filmes ultrafinos. As figuras à direita mostram a refletometria (acima) e o parâmetro Δ, medido por elipsometria (abaixo), para uma camada de óxido nativo em c-Si.
O parâmetro Δ, medido por elipsometria para uma camada de óxido nativo em c-Si.
Claramente, a refletometria não é sensível à camada ultrafina, enquanto a elipsometria é. Além disso, como a refletometria é baseada na intensidade, fatores como alterações na intensidade da lâmpada podem alterar os resultados. A elipsometria é baseada na polarização, portanto, a intensidade da lâmpada só é importante para obter uma boa relação sinal-ruído. Um elipsômetro também pode medir a refletância e a transmitância.
A refletometria é capaz de medir filmes simples e espessos (>100 nm), mas não possui a mesma sensibilidade da elipsometria para filmes finos (<100 nm). Além disso, a refletometria é geralmente utilizada para filmes transparentes de camada única. Ela não é útil para certas amostras, como aquelas multicamadas, anisotrópicas, absorventes e/ou com gradiente de composição.
A aplicação da elipsometria espectroscópica é útil em qualquer área onde existam filmes finos, incluindo: células fotovoltaicas, microeletrônica e semicondutores, telas planas, optoeletrônica, metalurgia, revestimentos ópticos, bioquímica, nanotecnologia, polímeros e materiais orgânicos. Alguns dos materiais medidos por elipsometria e utilizados nas aplicações acima incluem c-Si, a-Si, p-Si, mc-Si, CdTe, CIGS, CdS, SiN, SiC, GaAs, AlGaAs, AlN, InGaN, SnO₂, SiO₂, PET, PEN, ZnO, PbS, PbSe, TiO₂, Al, Ag, Au e nanotubos de carbono, entre outros. Caso tenha dúvidas sobre a adequação da elipsometria espectroscópica para sua aplicação, entre em contato conosco.
