2.1. Эллипсометрия

^{Элипсометрия представляет собой неразрушающий метод контроля. Этот метод также называется поляриметрической и поляризационной спектроскопией. Эллипсометрия представляет собой совокупность методов изучения поверхностей жидких и твердых тел по состоянию поляризации светового пучка, отраженного этой поверхностью и преломленного на ней. Этот метод применяется для определения значений оптических констант отражающих поверхностей и измерения толщины тонкопленочных покрытий на подложках. Для метода эллипсометрии не существует физического ограничения по толщине измеряемого покрытия (он очень эффективен для тонких пленок, но может быть применен для оценки толщины толстых пленок) однако принципиальным является требование, чтобы подложка была отражающей, а покрытие – прозрачным в используемом для измерений диапазоне длин волн.}

^{Падающий на поверхность плоскополяризованный свет (ультрафиолет, видимый, инфракрасный) приобретает при отражении и преломлении эллиптическую поляризацию вследствие наличия тонкого переходного слоя на границе раздела сред.}

^{В большинстве случаев применение эллипсометрии является более предпочтительным по сравнению с другими методами. Эллипсометрия обладает очень высоким разрешением как при определении толщины и показателей преломления покрытий на подложках, так и при измерении оптических констант самих поверхностей. Например, погрешность определения толщины диэлектрических покрытий на кремниевых подложках составляет  0,5 нм, т.е. сравнима с параметром решетки монокристаллического кремния. Проведение измерений на нескольких длинах волн одновременно позволяет получать более точные результаты.}

^{Эллипсометрия предоставляет косвенную информацию о химической и физической структуре пленки и поверхности и хорошо подходит для «in situ» анализа, т.к. не разрушает структуру пленки и не требует высокого вакуума. Но главная проблема заключается в длительной обработке полученной информации: вычисления должны производиться по мере поступления данных. Кроме того, эллипсометрия чрезвычайно чувствительна к состоянию поверхности подложки. Это затрудняет ее использование при наличии переходных слоев на границе раздела пленка - подложка, т.к. оптические константы материала на его поверхности меняются в процессе начального роста пленки. Поэтому при расчете необходимо учитывать переходные слои на границе раздела пленка - подложка, что еще больше усложняет вычисления. Метод эллипсометрии не применим для исследования поглощающих материалов (например, металлов). Исключение составляют только сверхтонкие слои.}

^{Еще одно обстоятельство, отграничивающее применение эллипсометрии, как метода «in situ» – свечение плазмы. Это свечение может искажать регистрируемый сигнал а, следовательно, и результаты расчетов.}

2.2. Рентгеновские методы

^{Когда говорят о рентгеновских методах исследования пленок, то чаще всего рассматривают два случая: исследование структуры пленок и рентгено-флуоресцентный анализ для определения химического состава слоев.}

^{В первом случае растущую монокристаллическую пленку облучают потоком монохроматического рентгеновского излучения под углом, соответствующим периоду структуры. В процессе роста пленки её поворачивают вокруг угла Брэгга и с помощью детектора рентгеновского излучения исследуют угловую зависимость интенсивности дифрагированного рентгеновского излучения. В результате можно определять изменения структуры пленки в процессе её роста при различных условиях.}

^{При рентгенофлуоресцентном анализе пленка облучается потоком монохроматического излучения, рентгеновский детектор регистрирует вторичное рентгеновское излучение от элементов, входящих в состав пленки. Таким образом, можно определить химический состав растущей пленки, а в некоторых случаях и процентное содержание элементов, и толщину пленки.}

^{Метод малоуглового рентгеновского рассеяния может быть также использован для определения размера микрочастиц в композиционных системах.}

^{Во многих случаях необходимо контролировать не только структуру и химический состав тонкой пленки, но и её толщину. Поэтому для исследования сверхтонких пленок был предложен метод измерения рентгеновского коэффициента отражения, заключающийся в том, что облучение системы подложка - плёнка в процессе роста пленки на подложке проводят рентгеновским излучением с длиной волны из мягкого рентгеновского диапазона  = 2,3  6,7 нм.}

^{Преимущество метода по сравнению с эллипсометрией и лазерной интерферометрией заключается в том, что можно исследовать слои любых материалов, начиная с нескольких десятков ангстрем. При этом, что очень важно, толщина пленки определяется в результате прямых измерений.}

^{Преодолеть ограничения способа рентгеновской рефлектометрии можно, если использовать более короткие длины волн (менее 0,2 нм). Тогда можно определять толщину, шероховатость поверхности и границ раздела, а также плотность слоев. Данные метод позволяет исследовать пленки любых материалов. Однако проведение измерений коэффициента отражения от угла падения требует много времени и специального оборудования.}