محاسبۀ ضرایب اپتیکی و ضخامت لایۀنازک دی‌اکسید تیتانیم با استفاده از روش بیضی‌سنجی تکفام

ضرایب اپتیکی و ضخامت لایه‌های نازک در بسیاری از شاخه‌های علوم و فناوری پارامترهای اساسی محسوب می‌شوند. بیضی‌سنجی روش شناخته‌شده و قدرتمندی برای محاسبۀ پارامترهای اساسی لایه‌های نازک، به واسطۀ داشتن قابلیت‌های غیرتخریبی و دقت آن است. در این مقاله، یک بیضی‌سنج تکفام که در مقایسه با دیگر بیضی‌سنج‌های مرسوم نسبتاً ساده و ارزان است، طراحی کرده‌ایم. منبع نور به‌کاررفته در این طراحی یک لیزر هلیوم‌‌نئون با طول موج 633 نانومتر است. برای اندازه‌گیری پارامترهای بیضی‌سنجی (𝜓, δ) از روش بیضی‌سنجی تحلیلگر چرخان در زوایای فرود مختلف استفاده شده است. کارایی و دقت این روش از طریق محاسبۀ ضرایب اپتیکی و ضخامت لایۀ‌نازک دی‌اکسید تیتانیم (tio2)، با پارامترهای اپتیکی معلوم، آزموده شد. به منظور افزایش دقت اندازه‌گیری‌ها، پارامترهای بیضی‌سنجی (ψ و δ) از نواحی مختلف سطح لایه استخراج شد. ضریب شکست زیرلایه مقدار 1.48 و ضریب شکست لایه و ضریب خاموشی لایه و ضخامت لایۀنازک به ترتیب، مقادیر 2.58 و 0.04 و 49.60 نانومتر به دست آمد. این نتایج، که از برازش منحنی داده‌های حاصل از بیضی‌سنجی و نیز اعمال روش وارونه‌سازی استخراج شده‌اند، صحت و کارایی چیدمان طراحی‌شده را نشان می‌دهد.

Calculation of Optical Coefficients and Thickness of TiO2 Thin Film Using the Single Wavelength Ellipsometry Method

The optical coefficients and thickness of thin films are essential parameters in many branches of science and technology. Ellipsometry is a wellknown and powerful technique for calculating the essential optical parameters of thin films, due to its accuracy and nondestructive capabilities. In this paper, a single wavelength (SW) ellipsometer which is relatively simple and inexpensive compared to other conventional ellipsometers have been designed. The light source used in this design was a HeNe laser with wavelength of 633 nm. Rotating analyzer ellipsometry (RAE) technique at different incidence angles was used to measure the ellipsometry parameters (𝜓, Δ). The efficiency and accuracy of this method were examined by calculating the optical coefficients and thickness of TiO2 thin film (with known optical parameters). In order to increase accuracy of measurements, the ellipsometry parameters (𝜓, Δ) were acquired from different regions of the film surface. Refractive index obtained for the substrate was 1.48 and refractive index, extinction coefficient and film thickness obtained for TiO2 thin film, was 2.58, 0.04 and 49.60 nm, respectively. These results, extracted from the ellipsometry data curve fitting and employing the numerical inverse method, showed the efficiency and reliability of designed configuration.