Una nuova tecnica per tracciare i fenomeni di superficie veloci
La riflessione della luce fornisce una potente prova per lo studio delle proprietà di superficie. Grazie alla sua semplicità, l’ellissometria è stata ampiamente utilizzata per indagare le proprietà dielettriche della superficie nelle applicazioni pratiche che vanno dalla microelettronica alla biologia. Due partner industriali provenienti da Francia e Regno Unito e un centro di ricerca in Grecia hanno unito le forze per migliorare ulteriormente per lo più il tempo di risposta di questa tecnica. Con il finanziamento del progetto SOFORT (SOPRA-FORTH partnership for the development of a microsecond ellipsometer), i partner del progetto hanno realizzato un prototipo di ellissometro piccolo portatile pre-commerciale per dimostrare il suo potenziale per studiare i processi di superficie ultra-veloci. Combinando la tecnica consolidata di ellissometria spettroscopica con l’emergente cavity ring-down, il prototipo era dotato di un laser a frequenza di ripetizione degli impulsi elevata, una cavità e un rivelatore. Il miglioramento della sensibilità e risoluzioni spettrali e temporali era il pilastro principale degli sforzi del progetto. Un prisma è stato inserito nella cavità e la luce laser ha subito riflessioni interne. I rivestimenti dielettrici su misura sulla superficie del prisma hanno migliorato la sensibilità del campione a qualsiasi variazione dell’indice di rifrazione di un fattore di cinque. L’allestimento dell’ellissometro ha consentito di eseguire misurazioni spettroscopiche su un’ampia gamma di lunghezza d’onda. Fa uso di una luce bianca a banda larga fonte e specchi banda larga. Uno schermo è utilizzato per separare le varie frequenze ottiche nell’uscita della cavità, mentre l’utilizzo di un array fotomoltiplicatore serve a rilevare 32 canali contemporaneamente. I partner del progetto hanno sviluppato un sistema di acquisizione veloce dei dati basandosi su un gate array programmabile sul campo che ha permesso di sfruttare il tasso di ripetizione del laser (da 100 kHz a 1 megahertz (MHz)). Migliorando sensibilmente il tasso al quale le misurazioni ellissometriche possono essere ottenute (fino a 1 MHz), il sistema consentito l’analisi e la registrazione delle misurazioni in tempo reale. I partner del progetto hanno usato questo sistema per monitorare i fenomeni sulla scala cronologica dei microsecondi, dimostrando ad esempio come molecole di colorante variano l’indice di rifrazione di superficie a diverse temperature. La tecnica dimostrata migliorava sostanzialmente la risoluzione temporale dell’ellissometro classico di ordini di grandezza, seppur l’allestimento sia rimasto tecnicamente semplice. I risultati del progetto sono stati segnalati in pubblicazioni.
Parole chiave
Fenomeni di superficie veloci, ellissometro, cavity ring-down, risoluzione di microsecondi, fenomeni di superficie, proprietà di superficie
