Nowa metoda wykrywania szybkich zjawisk powierzchniowych
Odbicie światła stanowi potężną sondę do badania właściwości powierzchni. Z uwagi na swoją prostotę, elipsometria jest powszechnie stosowana do badania dielektrycznych właściwości powierzchni w zastosowaniach praktycznych od mikroelektroniki po biologię. Dwóch partnerów przemysłowych z Francji i Wielkiej Brytanii oraz ośrodek badawczy z Grecji połączyło siły, aby jeszcze bardziej poprawić przede wszystkim czas reakcji tej techniki. Dzięki finansowanemu przez UE projektowi SOFORT (SOPRA-FORTH partnership for the development of a microsecond ellipsometer), partnerzy stworzyli prototyp małego przenośnego przedkomercyjnego elipsometru, aby zademonstrować jego potencjał w zakresie badań ultraszybkich procesów powierzchniowych. Dzięki połączeniu sprawdzonej techniki elipsometrii z nową techniką strat we wnęce optycznej, prototyp zawierał laser o wysokiej częstotliwości powtarzania impulsów, wnękę i detektor. Głównym filarem prac w ramach projektu była poprawa zakresu czułości i rozdzielczości widmowej i czasowej. Do wnęki wstawiono pryzmat, a światło lasera uległo odbiciu wewnętrznemu. Specjalnie dobrane powłoki dielektryczne na powierzchni pryzmatu pięciokrotnie zwiększyły czułość próbki na wszelkie zmiany współczynnika załamania światła. Układ elipsometeru umożliwił przeprowadzenie pomiarów spektroskopowych na dużym zakresie długości fal. Wykorzystuje on szerokopasmowy laser światła białego i lustra szerokopasmowe. Do rozdzielenia poszczególnych częstotliwości optycznych na wyjściu wnęki zastosowano siatkę, a do jednoczesnego wykrywania 32 kanałów służy matryca fotopowielaczy. Partnerzy projektu opracowali system szybkiego gromadzenia danych wykorzystujący układ FPGA, dzięki któremu możliwe było wykorzystanie zakresu częstotliwości powtórzeń lasera (od 100 kHz do 1 MHz). Znacznie poprawiając częstotliwość, przy której możliwe jest uzyskanie pomiarów elipsometrycznych (do 1 MHz), system umożliwił analizę w czasie rzeczywistym i zapis pomiarów. Partnerzy projektu wykorzystali ten system do monitorowania zjawisk w mikrosekundowej skali czasu, prezentując na przykład jak molekuły barwnika zmieniają współczynnik załamania światła powierzchni przy różnych temperaturach. Przedstawiona technika wielokrotnie zwiększyła rozdzielczość czasową klasycznego elipsometru, przy jednoczesnym zachowaniu prostoty układu. Wyniki projektu przedstawiono w publikacjach.
Słowa kluczowe
Szybkie zjawiska powierzchniowe, elipsometr, straty we wnęce optycznej, rozdzielczość mikrosekundowa, właściwości powierzchni
