Примеры применения эллипсометрии

Эллипсометрия может быть использована для: определения оптических констант и толщины поверхностных пленок. Их измерение возможно, если оптические константы пленки отличаются от оптических констант подложки и коэффициент отражения света Р от границы пленка/подложка отличен от 0. Чем больше значение Р, тем точнее могут быть проведены измерения толщины поверхностной пленки.

Эллипсометрия может быть использована в исследовании процессов осаждения, роста и растворения пленок на поверхности металла или полупроводника. Интересным экспериментом в этой области является исследование образования и роста пленок на зеркально-блестящих электродах непосредственно в процессах электрохимических реакций.

Метод эллипсометрии применялся при изучении толстых окисных пленок на Fe. Сравнение методов эллипсометрии и кулонометрии дает хорошее совпадение результатов (рис. 28). Процесс пассивации Ni представляет интерес с точки зрения проведения и свойств электроактивных материалов, используемых в качестве катодов N-C или N-Fe в аккумуляторах.

Рис.28. Зависимость толщины окисной пленки на железе от потенциала электрода. 1 - эллипсометрия; 2 - кулонометрия

Зависимости эллипсометрических параметров от потенциала для процесса пассивации Ni в растворе H₂SO₄ приведены на рис. 29.

Рис.29 Влияние потенциала электрода на эллипсометрические параметры

Можно видеть, что изменение экспериментальных параметров наблюдают в определенной области потенциалов. Критическое изменение происходит в области потенциалов 0,05 В, что характерно для образования пленок оксидов различного химического состава.

Эллипсометрическое изучение двойного слоя

Исследование оптических свойств межфазной границы раздела представляет большую ценность Отражательные свойства межфазной области частично определяются кулоновской и специфической адсорбцией катионов и анионов, зависящей от поля ориентации диполей растворителя.

Рис.30. Зависимость показателя преломления от заряда Hg - электрода. Сплошная линия соответствует специфической адсорбции Cl⁻ пунктирная линия - отсутствию специфической адсорбции ионов.

Теоретическое исследование по эллипсометрии двойного слоя позволило определить показатель преломления двойного слоя n и влияние природы адсорбирующегося иона на его величину. На рис. 30 представлена зависимость показателя преломления n от заряда Hg - электрода ( ) в растворе, содержащем Cl⁻. По мере увеличения концентрации ионов Cl⁻ и заряда поверхности специфическая адсорбция возрастает.

7. Сравнение методов анализа поверхности

Выбор метода анализа поверхности определяется задачей, поставленной перед исследователем. В табл.9 дана сводка свойств выше рассмотренных методов анализа поверхности. При этом "♦♦♦"обозначают лучшие, а "♦" - худшие возможности метода, прочерк - невозможность получения данного вида информации. Как видно из табл. 9, метод ЭСХА предпочтителен, если необходима информация о химическом состоянии атомов в поверхностном слое.

Табл.9 Сравнение возможностей методов анализа поверхностей

Информация	ЭСХА	ЭОС		ВИМС
Однозначность	♦♦♦	♦♦	♦♦	♦
Количественный анализ	♦♦♦	♦♦	♦♦	♦
Без разрушения	♦♦♦	♦	♦	♦
Химическая информация	♦♦♦	♦	-	♦
Электронная информация	♦♦♦	♦	-	-
Информация структуры	-	-	♦♦	-
Обнаружение водорода	-	-	-	♦♦♦
Обнаружение изотопов	-	-	♦	♦♦♦
Поверхностная чувствительность	♦	♦♦	♦♦♦	♦♦♦
Быстрота анализа	♦	♦♦♦	♦♦	♦
Компьютерное управление и обработка данных	♦♦♦	♦	♦♦♦	♦
Глубинные профили	♦	♦♦♦	♦♦	♦♦♦
Местное разрешение	-	♦♦♦	♦	♦♦
Определяемые элементы	Не		Н	Н
Минимальное определяемое количество элемента	1%	0,1%	0,1%	1 ppm
Информационная глубина	1-3 нм	0,3-2,5 нм	0,3-1,0 нм	0,3-2,0 нм
Поперечное разрешение	1,0 мм	10² нм	0,1 мм	1 мкм
Анализ органических соединений	♦♦♦	-	-	♦♦

Спектроскопия рассеянных медленных ионов. В данном учебном пособии метод СРМИ не рассматривается.

Метод ВИМС обладает самой высокой чувствительностью, а также позволяет определять водород. Метод ВИМС позволяет проводить количественный анализ элементов с использованием эталонных образцов. В противоположность Оже и ЭСХА количественный анализ непосредственно по высоте пиков для метода ВИМС не возможен.

В настоящее время налажен выпуск комбинированных приборов. Для Оже и ЭСХА возможен полуколичественный анализ по высоте измеренных пиков. В этом случае необходима калибровка или введение поправочных коэффициентов.