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基于椭偏与反射率测量的超薄膜光学常数与厚度表征方法

刘佳敏  张林  江浩  刘世元  
【摘要】:由于超薄膜的光学常数与厚度之间存在强相关性,仅采用光谱椭偏测量(SE,Spectroscopic Ellipsometry)分析来同时确定其光学常数与厚度是极其困难的。为了有效解耦这种强相关性,以准确地获取超薄膜的光学常数与厚度,我们提出了一种椭偏参数与反射率(R,Reflectivity)的协同分析方法。该方法的实质在于:利用与样品相对应的正向光学模型,对所测椭偏参数和反射率同时进行逐点拟合,从而获取超薄膜的光学常数与厚度。为了验证上述方法的有效性,我们选择Si基底上超薄Cu薄膜作为研究对象,利用穆勒矩阵椭偏仪(ME-L,武汉颐光科技有限公司)在60°、65°和70°入射角下测量了该样品在1.24eV~4.96eV范围内的椭偏参数与反射率,继而采用上述反演策略提取出Cu薄膜层的厚度与光学常数,拟合效果如图1所示。在上述入射角下,所测Cu薄膜层的平均厚度为17.2nm,而采用TEM(Transmission Electron Microscope)测得Cu薄膜层的平均厚度为17.7nm,两测量结果在误差许可范围内的一致性充分反映了该方法是准确有效的。考虑到椭偏参数和反射率易于被反射式椭偏仪测量得到,此方法对表征非透明基底上超薄膜的光学常数与厚度具有极大的应用潜力。

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