книги из ГПНТБ / Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. Оптические свойства и методы исследования

= 546 нм. Выходящий из коллиматора 2 параллельный пучок света направляется в поляризатор 3. Выходящий из него прямо­ линейно поляризованный пучок света отражается эллиптически по­ ляризованным от образца стекла 4 с пленкой. Компенсатор 5 пре­ вращает эллиптически поляризованный световой пучок в прямоли­ нейно поляризованный, который гасится поворотом анализатора 6.

Поляризационные призмы и пластинка •—• укреплены в оправах,

на которых имеются лимбы с делениями через каждые 30', снабжен­ ные конусами, обеспечивающими отсчет поворота систем 3, 5 и 6 с точностью ± Г. Угол падения света на образец устанавливается также с точностью ± Г [3, 127].

't

' \

Рис. VII. 19. Схема поляризационного гониометра (элипсометра) для из­ мерения толщины и показателя преломления пленок

Прежде чем начать измерения, необходимо установить исходные значения (нулевые точки) прибора. Изображение щели /, где имеется крест нитей, устанавливается в главной фокальной плоскости кол­ лиматора 2. Все измерения проводятся в параллельном пучке. Труба 7 устанавливается автоколлимацией на бесконечность с по­ мощью окуляра Гаусса с зеркалом для бокового освещения нити окуляра. Затем устанавливаются исходные положения систем 3, 5 и 6. Поляризатор устанавливается так, что через него проходят колебания, параллельные плоскости падения. Для этого на столик гониометра ставится чистая, свежеполированная пластинка устой­ чивого стекла 4, например стекла К8, так, чтобы свет отражался под углом полной поляризации, который для обычных оптических стекол составляет 56—58°. Труба 7 поворачивается относительно нулевого положения (продолжение оси коллиматора) на угол 180° — —56°-2 я» 68°. В трубу видны нити, находящиеся на щели / и в оку­ ляре трубы 7, которые должны быть совмещены. Щель должна быть достаточно широкой, чтобы лучше установить момент затемнения

ного затемнения, соответствующее углу полной поляризации. В этом положении поляризатор пропускает только колебания, параллельные плоскости падения, которые при этом не отражаются от поверхности

стекла. Это значение служит исходным и устанавливается по воз­ можности точно (±5н-10').

После этого на трубе укрепляется анализатор и труба ставится на продолжение оси коллиматора. Нити на щели и в окуляре трубы совмещаются и анализатор вращается до момента наиболее полного затемнения поля. Это положение анализатора Л 0 , при котором через него проходят только колебания, лежащие в плоскости, перпенди­

стинка ~^-J» лимб которой поворачивается до затемнения поля. Эта

установка выполняется с ошибкой не более ± 2 — 3 ' . Теперь эллипсометр можно считать готовым для проведения измерений.

Исследование эллиптически поляризованного света можно вы­ полнять несколькими способами [3, 127, 129]. Кроме описанной ви­ зуальной оценки по максимальному затемнению поля, можно ввести дополнительную полутеневую систему, представляющую собою двой­ ную пластинку Тогда установка поляризационных призм и кол­ лиматора производится путем выравнивания освещенности двух половин поля зрения. Этот способ в некоторых случаях оказывается более чувствительным, однако он требует лучшей освещенности поля. Можно констатировать момент затемнения поля зрения, введя фото­ элемент или фотоумножитель. Эти измерения проводятся, как и при визуальной оценке, без введения полутеневой системы. Основным условием получения точных и хорошо воспроизводимых результатов является хорошая плоская и гладкая подложка, равномерная и прозрачная пленка. Точность измерения повышается при повышении интенсивности отраженного света.

Измерение параметров отраженного эллиптически поляризован­ ного света можно проводить различно, например, по схеме рис. V I I . 19.

неизменным. При этом его основные направления распространения колебаний расположены под углом 45° (более быстрое колебание) и 135° (колебание более медленное) к плоскости падения. Анали­ затор поворачивается также на угол 45° относительно исходного положения А0. Угол падения устанавливается равным 70°, т. е. труба поворачивается от своего исходного значения на угол 40°.

Исследуемый образец с пленкой помещается на столик эллипсометра, который вращается до появления изображения щели и совме­ щения с крестом нитей в окуляре. Затем, попеременно вращая поля­ ризатор и анализатор, добиваются оптимального затемнения щели.

2) Р = 89°40'; Л = 89°20'; Р — Р0 = 89°40' — 85°35' = 4°05';

данных крайне трудоемок. Если не требуется очень строгое решение, то можно воспользоваться графическим способом. Для составления графиков необходимо предварительно рассчитать значения б и tg для заданного ряда показателей преломления пленок и подложек.

Рис. VI 1.20. График для расчета толщины и низких значений показа­ теля преломления пленок

Оптическую толщину удобно представить пропорциональной ей ве­

ные, используемые при построении графиков для пленок с показа­

Для ускорения удобства расчетов нужно составить вспомогатель­

для расчета оптических характеристик пленок с показателем пре­ ломления « 2 большим, чем у подложки п3 (табл. VII . 4 и рис. VII.21). Вокруг точки С — начала координат — описывается окружность,

90°

являются овалами. В этом случае кривые строятся не по двум точкам для tg rj) при Z = 0 и Z = 180°, а по многим точкам tg -ф для соот-

ных пленок, обладающих ничтожным поглощением, существует про­ стой и точный метод, дающий искомое значение без определения толщины пленки. Метод основан на следующих свойствах отражен­ ного поляризованного света [115, 130].

Если на поверхность подложки, где имеется тонкая пленка, падает параллельный пучок прямолинейно поляризованного моно­ хроматического света с колебаниями, расположенными в плоскости, параллельной плоскости падения, то при угле падения, равном углу Брюстера для этой пленки, интенсивности света, отраженного от поверхности с пленкой и без пленки (р-составляющей), будут равны. Тангенс угла падения, для которого интенсивности равны, опреде­ ляет отношение показателей преломления пленки п2 и окружающей среды:

Если отражение происходит в воздухе (п1 — 1), то выражение дает непосредственно значение показателя преломления пленки.

Измерение угла срв производится с помощью обычного спектро­ метра в монохроматическом свете. Монохроматическое излучение получается с помощью монохроматора или с помощью обычного ис­ точника излучения, снабженного соответствующим фильтром.

Юстировка прибора производится следующим способом. Изобра­ жение источника проектируется на входной щели коллиматора. За коллиматором устанавливается поляризатор, дающий пучок прямо­ линейного поляризованного света, который падает на образец поме­ щенный на столик спектрометра. Пленка наносится на половину поверхности образца, и труба фокусируется на поверхность. Измере­ ние состоит в определении угла падения, при котором происходит выравнивание освещенности двух половин подложки: с пленкой и без пленки. Чтобы установить это положение, медленно поворачи­ вают одновременно трубу и столик с образцом, наблюдая за грани­ цей раздела подложки и пленки. Трубу надо смещать на двойной угол по сравнению с углом поворота столика. Шкала спектрометра должна обеспечивать отсчет угла с точностью ± Г .

Точность измерения показателя преломления зависит от толщины пленки. Теоретически она наиболее высокая, если оптическая раз-

ность ,хода n2h2 cos <рв равна нечетному числу . Точность сни­ жается, если между показателями преломления подложки и пленки

Этим методом можно обнаружить анизотропию пленок, если вращать образец вокруг нормали к его поверхности.

Для определения показателей преломления пленок на поверх­ ности стекла и различных прозрачных оптических сред существуют и другие методы. Можно использовать обычный рефрактометр Аббе. Капля жидкости наносится между пленкой и призмой рефракто­ метра. При показателе преломления жидкости более высоком, чем у пленки, можно наблюдать два предельных угла, из которых один относится к пленке, а другой к жидкости. Метод непригоден для исследования пористых пленок, когда жидкость может заполнять поры. Толщина исследуемых пленок должна быть не ниже 1 мкм, тогда точность определения ее показателя преломления составляет около ±0,001 .

35. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАЛЫХ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА ПЛЕНКАМИ

Успешное применение тонких слоев диэлектриков объясняется ря­ дом преимуществ по сравнению с тонкими слоями серебра, алюминия,' и других металлов. Основным преимуществом является отсутствие потерь на поглощение. Однако у большинства прозрачных веществ, особенно имеющих высокий показатель преломления, даже в тонких слоях можно обнаружить небольшое поглощение, особенно в корот­ коволновой области спектра. Эти незначительные потери в ряде случаев не оказывают существенного влияния на качество покрытия. Вместе с тем, у высокоотражающих систем, например, у интерфе­ ренционных эталонов, светофильтров и т. д., где необходимо иметь малое поглощение при больших значениях коэффициента отражения, даже небольшие поглощения вызывают существенные изменения.

Если характеризовать прозрачность эталона величиной П, то она связана с коэффициентом отражения R и потерями на поглощение А следующей зависимостью:

ставом. Существенную роль играют условия нанесения, иначе говоря, технология получения пленок.

Обычный, наиболее простой способ оценки потерь на поглощение состоит в определении коэффициентов отражения и пропускания. Тогда потери на поглощение выражаются разностью: А = 1 — (R + + Т). Однако этим методом небольшие значения А не могут быть