Методы оптической поляриметрии для жидких и твердых сред

• Автор: Скороходова, Ирина Анатольевна
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 169 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ
1.1. Методы рассеяния света
1.2. Абсорбционные методы исследований
1.3. Методы оптической поляриметрии
1.3.1. Эллипсометрии пропускания
1.3.2. Отражательная эллипсометрия
1.3.3. Матричные методы расчета и описания
поляризационных эффектов
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ ОБЪЕКТОВ
2.1. Теория обобщенной эллипсометрии
2.2. Определение матрицы отражения объекта, проявляющего свойства оптической анизотропии
2.2.1. Определение нормированной матрицы отражения
оптической системы с использованием
статистического метода наименьших квадратов
2.2.2. Исследование анизотропии слоев АЮаАв
2.3. Определение матрицы Джонса анизотропного объекта в проходящем свете
2.3.1. Функция реакции азимута оптической системы
2.3.2. Определение поляризационного отклика
оптической системы
2.3.3. Математическое моделирование линейной
анизотропии и оптической активности
3. ЭКСПРЕСС МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА
МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РАСТВОРОВ
3.1. Определение концентраций многокомпонентных растворов средствами спектрополяриметрии
3.2. Определение концентраций многокомпонентных растворов средствами спектрофотополяриметрии
3.3. Применение спектрофотополяриметрии при исследовании двухкомпонентных систем

4. ЭКСПРЕСС МЕТОД КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ УЛЬТРАТОНКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СЛОЕВ
4.1. Выбор модели отражательной системы
4.2. Численное решение обратной задачи эллипсометрии
4.3. Исследование ультратонких полупроводниковых слоев АЮаАв
5. АППАРАТУРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
5.1. Выбор схемы поляризационно-оптического комплекса
5.2. Автоматизированный поляризационно-оптический
измерительный комплекс
5.2.1. Отличительные особенности
5.2.2. Структура, основные модули
5.2.3. Основные принципы работы
5.2.4. Случайные погрешности измерений
5.2.5. Устройство поляризационно-оптического комплекса
5.3. Алгоритм поляриметрических измерений
5.3.1. Первичная диагностика объекта исследования
5.3.2. Режим измерений
5.3.3. Обработка экспериментальных данных
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ.
В последние десятилетия в науке и технике наметилась тенденция развития новых технологий и, как следствие, возникла дополнительная необходимость в усовершенствовании методов исследования и контроля. Как наиболее перспективные по ряду параметров, оптические методы и средства контроля обладают рядом преимуществ и успешно применяются в самых различных областях. Для большого перечня исследуемых материалов оптические неразрушающие методы контроля приобретают все большую актуальность, что диктует необходимость дальнейшего их аппаратурного и методического обеспечения. Широкие перспективы открываются в этой связи перед теми оптическими приборами, которые обладают универсальностью по отношению к объекту исследования.
Основой такого универсального подхода к объекту могут служить оптические методы, основанные на регистрации параметров состояния поляризации излучения, прошедшего и (или) отраженного от объекта. Эти методы имеют ряд важных особенностей: неразрушающий, невозмущающий характер эллипсометрических измерений, что дает возможности проведения измерений не только in siti, но и in vivo; высокая чувствительность измерений; возможность проведения измерений в широком интервале температур, давлений, в агрессивных средах; возможность автоматизации и построения экспресс методов измерений.
Все это подчеркивает актуальность их применения в универсальных по отношению к объекту исследования измерительных комплексах. Базовым принципом таких комплексов может служить модульный принцип построения измерительной схемы прибора. В большинстве приборов, работающих по принципу регистрации изменения состояния поляризации излучения, используется конечный набор элементов, что позволяет составлять измерительный комплекс, способный работать с широким кругом объектов.
Классификация широкого набора возможных объектов исследования по их оптическим параметрам дает возможность построения универсального измерительного комплекса. Такой комплекс работает на основе единого обобщенного алгоритма, включающего в себя несколько методов измерений, выбираемых в зависимости от объекта исследования, его параметров.
Алгоритм, являясь основой методического обеспечения универсального измерительного комплекса, позволяет, таким образом, включать в исследования практически любой круг объектов, обладающий необходимыми параметрами для поляриметрических измерений без особой трансформации аппаратурного обеспечения.
В связи с этим целью диссертационной работы являлось создание общего алгоритма поляриметрических исследований и его методическое наполнение,

исследовательские задачи различной сложности, о чем свидетельствуют многочисленные научные публикации последних лет [50 - 68].
2.1. Теория обобщенной эллипсометрии.
Обычный метод эллипсометрии нетрудно обобщить так, чтобы он давал возможность определять матрицу Джонса. Оптическая система при этом может быть совершенно произвольной, не нужно располагать никакой информацией о внутренней структуре оптической системы или ее собственных поляризациях, необходимо только, чтобы оптическая система являлась линейной и недеполяризующей, т.е. ее можно было характеризовать 2x2 матрицей Джонса. Этот факт дает возможность использовать матрицу Джонса в большинстве приложений отражательной эллипсометрии и эллипсометрии пропускания [13].
Рассмотрим взаимодействие поляризованного света со средой. Пусть падающая и выходящая (прошедшая или отраженная) волны описываются векторами Джонса Е1 и Е° соответственно. В отсутствии нелинейности и других процессов, приводящих к изменению частоты, они связаны между собой соотношением:
Е° = Б Е*,
(2.1)
Е°' >1 £>12 Г ‘ЬГ 1
Е2_ _&21 $22. Е2_
где 8ц - элементы матрицы Джонса исследуемой оптической системы. Вектор Джонса в общем случае несет информацию об амплитуде А, абсолютной фазе 8, азимуте 0 и угле эллиптичности у колебания электрического вектора эллиптически поляризованной волны. При взаимодействии с оптической системой все указанные выше свойства волны (А, б, 0, у) изменяются. В ряде случаев информация об амплитуде А и фазе