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SOPRA-FORTH Partnership for the Development of a Microsecond Ellipsometer

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Neue Technik zum Aufspüren von schnellen Oberflächenphänomenen

EU-finanzierte Wissenschaftler stellten einen extrem schnellen Ellipsometer vor, das mithilfe eines Spektroskopieverfahrens namens Cavity Ring-Down arbeitet. Der Ellipsometer-Prototyp ist in der Lage, Messungen mit bisher unerreichter Empfindlichkeit und mit Mikrosekunden-Auflösung zu machen.

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Die Reflexion von Licht bietet eine leistungsstarke Methode zur Untersuchung von Oberflächeneigenschaften. Aufgrund ihrer Einfachheit wurde die Ellipsometrie ausgiebig für die Untersuchung dielektrischer Oberflächeneigenschaften für praktische Anwendungen von in der Mikroelektronik bis zur Biologie verwendet. Zwei industrielle Partner aus Frankreich und dem Vereinigten Königreich und ein Forschungszentrum aus Griechenland haben sich zusammengeschlossen, um hauptsächlich das Zeitverhalten dieser Technik weiter zu verbessern. Mithilfe von EU-Finanzierung für das Projekt "SOPRA-FORTH partnership for the development of a microsecond ellipsometer" (SOFORT) schufen die Projektpartner einen kleinen tragbaren vorkommerziellen Ellipsometer-Prototyp für die Untersuchung ultraschneller Oberflächenprozesse. Durch die Kombination der etablierten Technik der Ellipsometrie mit dem innovativen Cavity Ring-Down-Verfahren enthielt der Prototyp einen Laser mit hoher Pulswiederholrate, einen Hohlraum und einen Detektor. Die Verbesserung von Empfindlichkeit und spektraler und zeitlicher Auflösung war die tragende Säule der Projektbemühungen. Ein Prisma wurde in den Hohlraum eingeführt und das Laserlicht durchlief innere Reflexionen. Eigens entwickelte dielektrische Beschichtungen auf dem Oberflächenprisma verbesserte die Empfindlichkeit für jede Veränderung des Brechungsindex um einen Faktor von fünf. Der Ellipsometer-Aufbau ermöglicht die Durchführung spektroskopischer Messungen über einen großen Wellenlängenbereich. Es nutzt eine Breitband-Weißlicht-Laserquelle und Breitbandspiegel. Mithilfe eines Gitters werden die verschiedenen optischen Frequenzen im Hohlraum-Ausgang getrennt, während die Verwendung eines Photovervielfacher-Arrays dazu dient, 32 Kanäle gleichzeitig zu erfassen. Die Projektpartner entwickelten ein schnelles Datenerfassungssystem mithilfe eines Field-Programmable-Gate-Arrays, das die Nutzung der Laserwiederholungsrate (100 Kilohertz bis 1 Megahertz) erlaubt. Durch die deutliche Verbesserung der Geschwindigkeit, mit der ellipsometrische Messungen erhalten werden können (bis zu 1 MHz), ermöglichte Echtzeit-Analyse und Aufzeichnung der Messungen. Die Projektpartner verwendeten dieses System, um Phänomene im Mikrosekundenbereich zu überwachen, zum Beispiel, wie Farbstoffmoleküle den Oberflächenbrechungsindex bei verschiedenen Temperaturen variieren. Die vorgestellte Technik verbesserte die zeitliche Auflösung eines klassischen Ellipsometers erheblich, während der Aufbau technisch einfach gehalten wurde. Verschiedene Veröffentlichungen berichteten von den Projektergebnissen.

Schlüsselbegriffe

Schnelle Oberflächenphänomene, Ellipsometer, Cavity Ring-Down, Mikro Auflösung, Oberflächeneigenschaften

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