Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article présente les applications concrètes de l'ellipsométrie, technique optique d'analyse de surface. Il détaille un ellipsomètre à polariseur tournant, et présente quelques développements et extensions récents de cette technique. Les domaines d’application de l’ellipsométrie sont ensuite présentés, puis un comparatif avec d’autres techniques d’analyse de surface est dressé.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Frank BERNOUX : Docteur en Optoélectronique
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Jean-Philippe PIEL : Docteur en Physique du solide
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Bernard CASTELLON : Ingénieur INPG
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Christophe DEFRANOUX : Responsable du Laboratoire de caractérisation optique de SOPRA
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Jean-Hervé LECAT : Ingénieur ESO
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Pierre BOHER : Ingénieur ECP, Docteur en Physique du Solide,
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Jean-Louis STEHLÉ : Directeur technique SOPRA
INTRODUCTION
Lprès avoir étudié dans l’article les principes de l’ellipsométrie et les techniques d’acquisition et de traitement du signal, nous allons dans cette partie décrire plus en détail l’instrumentation, dans le cas d’un ellipsomètre à polariseur tournant, et présenter quelques développements et extensions récents de cette technique telle que décrite dans le premier article. Nous dressons un panorama rapide des domaines d’application de l’ellipsométrie et terminons par un comparatif avec d’autres techniques d’analyse de surface.
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Domaines d’applications
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2. Extensions
2.1 L’ellipsométrie infrarouge
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Présentation
L’ellipsométrie spectroscopique infrarouge présente un grand intérêt dans la mesure où, dans cette gamme spectrale, les matériaux possèdent un comportement très différent de celui que l’on peut observer dans le visible :
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les diélectriques présentent des bandes de vibration moléculaire, signature des molécules composant ces couches. Ces bandes de vibration sont modélisées par un ou plusieurs oscillateurs harmoniques dont les amplitudes donnent accès aux concentrations des espèces présentes dans la couche ;
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la plupart des semi-conducteurs sont transparents ;
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les métaux et les semi-conducteurs dopés présentent un accroissement caractéristique du coefficient d’extinction avec la longueur d’onde. Ce comportement est modélisé par une loi de Drude à partir de laquelle on déduit la mobilité, la concentration des porteurs des régions dopées des semi-conducteurs et, partant, les caractéristiques électriques de ces matériaux (conductivité, résistance carrée…).
L’ellipsométrie infrarouge permet par conséquent une caractérisation tant géométrique (épaisseur) que chimique (composition) des matériaux étudiés.
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Description
L’appareillage est similaire à celui de l’ellipsométrie dans la gamme standard ultraviolet-visible, mais requiert des composants adaptés à la bande spectrale mesurée. La source spectrale utilisée est un filament de SiC porté à une température de 1 500 K, appelé Globar. Par rapport à la source d’un ellipsomètre classique, elle est étendue dans l’infrarouge large. Les polariseurs sont à grille et le détecteur est de type HgCdTe (tellurure de mercure et cadmium) assurant une bonne sensibilité jusqu’à 20 µm. Le spectromètre doit permettre une détection rapide du signal, eu égard à l’étendue de la gamme spectrale d’analyse. En pratique, on utilise un interféromètre de Michelson dont la résolution atteint 2 cm–1.
L’échantillon est simultanément éclairé avec toutes les longueurs d’onde du domaine spectral et l’ensemble des rayonnements transmis est détecté à travers un...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - AZZAM (R.M.A.), BASHARA (N.M.) - Ellipsometry and polarized light. - North Holland (1977).
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(2) - ASPNES (D.E.), STUDNA (A.A.) - High precision scanning ellipsometer. - Applied Optics vol. 14, no 1, janv. 1975.
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(3) - ERMAN (M.) - Ellipsométrie spectroscopique du proche IR au proche UV. - Thèse de 3e cycle. Université d’Orsay, mars 1982.
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(4) - DREVILLON (B.), PERRIN (J.), MARBOT (R.), VIOLET (A.), DARBY (J.L.) - A fast polarization modulated ellipsometer. - Rev. Scientific Instr. 53 (7), juill. 1982.
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(5) - ASPNES (D.E.) - The analysis of optical spectra by Fourier methods. - Surface Science 135, p. 284-306 (1983).
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(6) - COURDILE (H.), STEERS (M.), THEETEN (J.B.) - * - Brevet d’invention no 8020838, sept. 1980.
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