Institut Silizium-Photovoltaik
Spektroskopische Ellipsometrie
Probenteller des SE850 DUV
Übersicht
Ellipsometrie ist eine optische Messmethode, die für die Bestimmung von Schichtdicken und dielektrischen Eigenschaften (n und k) von dünnen Schichten und Kristallen genutzt wird. Bei der Ellipsometrie macht man sich zunutze, dass sich der Polarisationszustand eines einfallenden Lichtstrahls mit definierter Polarisation bei der Wechselwirkung mit der Grenzfläche zwischen zwei Materialien mit unterschiedlicher dielektrischer Funktion ändert. Diese Wechselwirkung wird durch die Fresnelkoeffizienten beschrieben. Da die Methode nur das Intensitätsverhältnis und die Phasenverschiebung zwischen s- und p-polarisierter Komponente misst, wird keine Referenzmessung benötigt. Ellipsometrie ist sehr empfindlich gegenüber kleinen Änderungen von Schichtdicke oder optischen Eigenschaften von Materialien, wodurch sie ein ideales Werkzeug für die Untersuchung dünner Schichten darstellt.
Der Vergleich einer Messung mit einem Modellsystem ermöglicht die Analyse von Messdaten einzelner Schichten oder Schichtstapeln auf einem Substrat. Im Idealfall können auch Informationen über die Rauigkeit von Oberflächen oder Grenzflächen zusätzlich zu Schichtdicken und dielektrischen Eigenschaften extrahiert werden. Die dielektrischen Eigenschaften eines Materials können weiter untersucht werden, um an Informationen zu Zusammensetzung, Kristallinität oder Leitfähigkeit zu gelangen. Ellipsometrische Messungen können sehr gut mit spektalphotometrischen Messungen wie Transmission oder Reflexion kombiniert werden.
Um zuverlässige Resultate zu erzielen, werden für die Ellipsometrie in der Regel Schichten mit niedriger Rauigkeit und einer innerhalb des Messflecks homogenen Schichtdicke benötigt. Vertikale Inhomogenitäten, wie sie durch das Wachstum einer Schicht auftraten können, können die Analyse der Messdaten deutlich erschweren.
Sentech SE850 DUV
In unserem Institut steht ein Spektralellipsometer Sentech SE850 DUV mit variablem Einfallswinkel zur Verfügung. Der Spektralbereich des Gerätes erstreckt sich von 190 nm bis 2500 nm. Das Goniometer ist vollautomatisch. Mit Hilfe von Microspots kann der Messfleck auf eine Größe weit unterhalb von einem Millimeter reduziert werden.
Unsere Haupteinsatzgebiete von Ellipsometrie sind:
- Prozesskontrolle und Homogenitätsuntersuchungen von im Hause abgeschiedenen Schichten aus amorphem Silizium (a-Si:H) oder dielektrischen Materialien
- Untersuchung von Metalloxiden und anderen Kontaktmaterialien
- Bestimmung von optischen Eigenschaften von diversen Materialien als Eingangsparameter für optische Simulationen
