Способ определения комплексного показателя преломления

 

Изобретение относится к технической физике и предназначено для определения действительной N и мнимой K частей показателей преломления поглощающих сред, в частности пленочных покрытий, и может быть использовано в приборостроении, машиностроении, физической химии, оптике. Цель изобретения - расширение диапазона толщин исследуемых слоев. Измеряют коэффициенты пропускания T и отражения R системы слой - подложка при нормальном падении светового излучения с длиной волны λ и рассчитывают возможные пары значений (N,K) I, измеряют значения коэффициентов пропускания и отражения (T,R) системы на длине волны λЪ, удовлетворяющей соотношению 0,01 λ/D+0,01λ≤/λЪ-λ/λ/≤0,05λ/D+0,05λ, где D - толщина пленки. Для найденных пар значений (N, K) I определяют пары значений коэффициентов пропускания и отражения (T,R) I на длине волны λЪ, из которых находят такую пару значений, которая удовлетворяет минимуму функции 98Д=(T I-TЪ) 2+(R I-RЪ) 2. Соответствующую ей пару из возможных значений (N, K) I принимают за действительную и мнимую части комплексного показателя преломления на длине волны λ. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

М)5 С Ot N 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный НОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4474581/31-25 (22) 23.06.88 (46) 15.07.90 ° Бюл. 11 26 (71) МГТУ им. Н.Э.Баумана (72) С.О.Куприянов и И.Н.Новиков (53) 535.024 (088.8) (56) Nagendra, Thutupalli. Optical

constants of absorbing films. — Uacuum, 1981, ч, 31, N 3, р. 141-.145.

Раков А. В. Спектрофотометрия тонкопленочных полупроводниковых структур. — M Советское радио, 1975, с ° 76-79 ° (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО

ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технической физике и предназначено для определения действительной и и мнимой k частей показателей преломления поглощающих сред, в частности пленочных покрытий, и может быть использован в приборостроении, машиностроении. физической химии, оптике. Цель изобИзобретение относится к технической физике и предназначено для определения действительной и и мнимой

k частей показателей преломления поглощающих сред, в частности пленочных покрытий, и может быть использовано в приборостроении, машиностроении, физической химии, оптике для исследования слоев в процессе их изготовле- ния и для готовых покрытий.

Цель изобретения — расширение диапазона толщин исследуемых слоев.

Способ осуществляется следующим образом.

„,80„„1578600 А 1

2 ретения — расширение диапазона толщнн исследуемых слоев. Измеряют коэффици- енты пропускания Т и отражения R

cvcòåìû слой - подложка при .нормальном падении светового излучения с длиной волны Л и рассчитывают возможные пары значений (n, k);, измеряют значения коэффициентов пропускания и отражения (Т, R ) системы на длине волны Л, удовлетворяющей соотношению 0,01 Л /d+0,01 Л 4 3Л -Л/Л 0,05Л/

/d +0,05Л, где d — толщина пленки.

Для найденных пар значений (n,k) определяют пары значений коэффициентов пропускания и отражения (Т,R).

/ 1 на длине волны Л, из которых находят такую пару значений, которая удовлет- Ж воряет минимуму функции Д=(Т -Т } +

+(R.-К ) . Соответствующую ей пару

1 иэ возможных значений (n,k); -принимают за действительную и мнимую части комплексного показателя преломления ф на длине волны Л. 1 табл.

Из излучения источника с широким спектром выделяют заданную длину вол ны Л и измеряют на этой длине волны коэффициенты пропускания Т и отражения R системы слой — подложка при нормальном падении излучения. Затем

I выделяют другу " длину волны, удовлетворяющую соотношению

0 01Л 1 Л -Л! 0 05 ((1)

За+0,01Л - (Л 1- d+O,О5 где d — толщина слоя на подложке, и измеряют на этой длине волны коэф-! фициенты пропускания Т и отражения

° 3

1578600

R . По измеренным ранее коэффициентам пропускания Т и отражения R определяют с использованием номограммы возможные пары значений действительной и и мнимой k частей показателей преломления. Для выбора из этих пар истинного значения показателя преломления и поглощения. По формулам Мурмана для всех возможных пар рассчиты- 10 вают соответствующие им значения коэффициентов пропускания Т. и отраже-! ния R на длине волны Я и среди

1 ннх выбирают наиболее близкое к экспериментальным значениям Т и R, ц т. е. удовлетворяющие минимуму: функции й=(Т;-Т )+(R;-R ) . По выбранным значениям Т, и R, находят соответствую1 1У г г щие им значения и и k которые и

7, i принимают за истинные. 20

При этом, если имеется дисперсия, найденное значение показателя преломления соответствует длине волны Л.

Соотношение длин волн Л и Л эавиСит от соотношения толщины слоя d и длины волны Я, причем меньшему отношению d/4 должно соответствовать большее отношение Л /Л.

При выборе длины волны Д такой, r

Л -Л О 01 Л 30 что — — (- — — — не обеспечиваетd«-0, О1Л ся разделение значений (Т,R). и (Т (1

R ), что приводит к неопределенности в выборе корня. При выборе длины

/ Л -Л1 О 05Л волны Л такой что — — ) - — —— д д+О, 05Л. для большинства материалов усиливается влияние дисперсии, что приводит к ошибочному определению комплексного. показателя преломления..

Способ реализован в устройстве, содержащем последовательно расположенные и оптически связанные источник излучения с широким спектром, устройство выделения заданных длин волн и фотометр.

В примере конкретного выполнения определялись параметры пленки халькогенидного стеклообразного полупроводника на стеклянной подложке. Толщина 50 пленки d=0,3 мкм, показатель преломяения подложки п =1,5.

На длине волны А=9,63 мкм измеряют значения коэффициентов пропускания Т и отражения R системы слой — подложка

55 при близком к нормальному падении светового излучения (ф-.2,5 ). И использованием номограммы находят возможные пары значений (n,k), . Выбирают длину волны P =0,61 мкм, удовлетворяющую соотношению (1). На длине волны Л рассчитывают значения коэффициентов пропускания Т и отражения R для всех найденных пар значений п,k по формулам

R T

1-Rpg

T — — — r T; RR+ — — -т

1-R Ry + „" 1-Кэ R„ где Т„. 16п (n +k ) /А уK

А = p е" +dVe +2Scos п +

+2 t sinпг, В = Vpe Y +У еГ +2д соз n)"-2г sin n, С = сР/ е " +Чье" +2g соз nô +

+2r а1п пг, d - (и-1)2+k, у-(и-1)с+k, (n-ng) а «-у, f *(и«-и ) с «1,2, (и +k ) (1+пс )-(n +k )-гРS

-4nsk ° (пс+1с2 ) (1+пс )-(и + с ) 2—

-п2+4п И с и

r .- "2k(n -1) (k2+òÐ+n ), 2k(n<+f ) (к2 «пс-n>) ., = 41i d/Л, Затем измеряют значения (Т,К ) системы слой — подложка на длине волны Л, находят суммы среднеквадрау1«-. ческих отклонений Ь=(Т,;-T )2+(R -5 )

1 и выбирают иэ пар значений (n,k);, имеющую наименьшее отклонение д. Выбранные значения и и k являются действительной и мнймой частями комплексного показателя преломления пленки на длине волны Л.

Результаты измерений и расчетов приведены в таблице.

Из таблицы видно, что минимальное отклонение а от нуля соответствует ,значениям n=2,4; k=0,12. Отличие ф от нуля говорит о наличии слабой дисперсии и и k на щтиннв волны Л относительно Л, не влияющей на результаты измерений, так как длина волны Л используется для выбора решения, а не для расчета корней.

Использование изобретения позволяет однозначно определять комплексный показатель преломления поглощающих слоев для более широкого диапазона отношений d/Л, не требует использования сложной спектрофотометрической аппаратуры, т.е. имеет более широкую область применения по сравнению с известными способами.

Л, мкм и;

k,.

0,63 т

Т;

0,61 К

Д "10э

2,400

О, 120

0,360 .

0,203

0,338

0,234

0,013

О, 598

0,106

О, 360

0,203

0,352

О, 189

2,16

3,282

0,108

О, 360

0,203

0,308

0,302

5 6

3, 008

0,115

О, 360

О, 203

0,372

О, 146

8,79

Составитель С. Голубев

Редактор N.Недолуженко Техред М. Ходанич Корректор Т. Палий

Заказ 1912 Тираж 512 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 1578600

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ложка на длине волны Ь, удовлетворяющей соотношению

Способ определения комплексного 0 01 Л Л -Л (0 05 Л показателя преломления, заключающийся d+0,О1Л Л (a+0,05Л в том, что измеряют коэффициенты про- где d — толщина слоя, 5 пускания Т и отражения R системы а затем для найденных пар значений слой — подложка на длине волны A при (и, k); рассчитывают пары значений нормальном падении светового излуче- коэффициентов пропускания и отражения

I ния, определяют m возможных пар зна- .10 (Т,R); на длине волны Л, из них начений действительной и мнимой частей ходят такую пару значений (Т, К);, показателя преломления (п,k).,ñîîòâåò- которая удовлетворяет минимуму. функственно, i 1 m, о т л и ч а ю щ и и — ции =(Т;-Т ) +(К -К ) и принимают с я тем, что, с целью расширения диапа- соответствующую ей пару из возможных зона толщинисследуемых слоев, измеряют 1 значений (п,k); за действительную и значения коэффициентов пропускания мнимую части комплексного показателя

Т и отражения R системы слой — под- преломления на длине волны Л,