სილიკონის სუბსტრატებზე ფირების ოპტიკური მუდმივების განსაზღვრა. თხელი ფენების ოპტიკური თვისებების შესწავლა

სატ. სუაის სამეცნიერო სესიის შრომები. Ნაწილი 1. ტექნიკური მეცნიერებები - სანკტ-პეტერბურგი: GUAP, 2013 წ. გვ.167-170

UDC 535.321: 535.32: 539.238

ე.ნ. კოტლიკოვი (ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი, პროფ.) ფიზიკის კათედრის გამგე, ქ. V.M.Andreev - ქ. ფიზიკის კათედრის ლექტორი,იუ.ა. ნოვიკოვა ფიზიკის კათედრის ასპირანტი.

ფილმების ოპტიკური მუდმივობების განსაზღვრა სილიკონის სუბსტრატებზე

მატერიის ფუნდამენტურ მახასიათებლებს შორის, ერთ-ერთი მთავარი ადგილი ეკუთვნის ოპტიკურ მუდმივებს (OC) - გარდატეხის ინდექსი.ნ და შთანთქმის სიჩქარეკ . გარემოს რეფრაქციული და შთანთქმის ინდექსები სიხშირის ფუნქციებია ელექტრომაგნიტური რადიაცია, ხოლო ანისოტროპული მედიის შემთხვევაში ისინი ასევე დამოკიდებულნი არიან რადიაციის გავრცელების მიმართულებაზე. კარგი თხელი ფილმებიდამოკიდებულია როგორც ფილმების წარმოების მეთოდზე, ასევე ტექნოლოგიურ პირობებზე, მაგალითად, სუბსტრატის ტემპერატურაზე, დეპონირების სიჩქარეზე, რეაქტიული საშუალების ნარჩენი წნევა ან წნევა ვაკუუმურ პალატაში და განსხვავდება ორიგინალური ერთკრისტალების ოპტიკური მუდმივებისგან. ამიტომ, მრავალშრიანი ჩარევის საფარების შესაქმნელად, პირველ რიგში აუცილებელია გამოყენებული ნივთიერებების ფილმების OK შესწავლა.

OK-ის შესწავლის რამდენიმე მეთოდი არსებობს: ელიფსომეტრიული მეთოდები გაზომვაზე დაფუძნებული შეზღუდვის კუთხესავსე შიდა ასახვა, კალორიმეტრიული და სპექტროფოტომეტრიული მეთოდები. ყველაზე გავრცელებულია უახლესი (სპექტროფოტომეტრიული) მეთოდები, რომლებიც ეფუძნება არეკვლის კოეფიციენტების სპექტრული მნიშვნელობების გაზომვას. Rλ ან/და გადაცემა Tλ . ისინი ტრადიციულია თხელი ფენების ოპტიკური მუდმივების შესასწავლად და კარგად არის გაშუქებული ლიტერატურაში. სპექტროფოტომეტრიული მეთოდები შესაძლებელს ხდის ფილმის რეფრაქციული და შთანთქმის მაჩვენებლების დისპერსიული მახასიათებლების მიღებას მთელ საჭირო ინფრაწითელ (IR) სპექტრულ დიაპაზონში. სიზუსტემეთოდი განისაზღვრება ორი ფაქტორით. პირველ რიგში, გადაცემის (ან ასახვის) კოეფიციენტების გაზომვის შეცდომა, ე.ი. გაზომვის ტექნიკა. მეორეც, განსხვავება ფილმისა და სუბსტრატის რეფრაქციულ მაჩვენებლებს შორის. რაც უფრო დიდია ეს განსხვავება, მით მეტია ამპლიტუდა გადაცემის (არეკვლის) კიდურებში და, შესაბამისად, მით უფრო მცირეა გაზომვის შეცდომა.

ამჟამად არ არსებობს ერთი უნივერსალური მეთოდი სპექტროფოტომეტრიული მონაცემებიდან რეალური ფილმების ოპტიკური პარამეტრების დასადგენად. ხმარების თვალსაზრისით მათემატიკური მეთოდებისპექტრების შედეგების დამუშავებისას OK-ის ძიების სპექტროფოტომეტრიული მეთოდები შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად: ანალიტიკური და რიცხვითი. მეთოდების პირველი ჯგუფი მოიცავს მოხერხებულის ძიებას ანალიტიკური გამონათქვამებიოპტიკური მუდმივების პირდაპირი გამოთვლისთვის სხვადასხვა განსაკუთრებულ შემთხვევებში. ამ მიდგომის მაგალითია მუშაობა. მასში გადაცემის სპექტრი იყოფა, შთანთქმის მნიშვნელობიდან გამომდინარე, გამჭვირვალობის რეგიონად და რეგიონად.სუსტი შეწოვა.

მეთოდების მეორე ჯგუფი ეფუძნება სხვადასხვა რიცხვითი მეთოდები. Სამუშაოზე [ 3 ] გამოიყენება თანმიმდევრული მიახლოების მეთოდი. სამსახურში გამოიყენება განმეორებითი მეთოდინიუტონი, ნამუშევარი იყენებს ხარისხის ფუნქციის მინიმიზაციის მეთოდს. სამუშაოები გვთავაზობენ ძიების ჩატარებას სისტემის ამოხსნის საფუძველზე არაწრფივი განტოლებებიფირის სუბსტრატის სისტემის არეკვლისა და გადაცემის ენერგეტიკული კოეფიციენტებისთვის ტალღის სიგრძეზეλ . მას ჩვეულებრივ უწოდებენ ( T, R) მეთოდი.

ერთ-ერთი ყველაზე შესაფერისი მასალა მასზე ფილმების შესასწავლად არის სილიციუმი (სი ). მისი გამჭვირვალობის დიაპაზონი (1-100 მიკრონი) აღემატება სხვა გავრცელებულ მასალებს. თუთიის სელენიდი ( ZnSe ) გამჭვირვალე 0,6-16 მიკრონი დიაპაზონში, გერმანიუმი (გე ) 1,8-30 მიკრონის დიაპაზონში. სილიკონი (სი ) ზემოთ ჩამოთვლილ მასალებზე იაფია, ადვილად დასამუშავებელი და ფართოდ გავრცელებული. მისი მინუსი არის მრავალი შთანთქმის ზოლების არსებობა, რომლებიც გამოწვეულია მატრიცაში ჩადებული სილიციუმის ოქსიდით.

მთელ რიგ სამუშაოებში შემოთავაზებული OC-ების ძიების სპექტროფოტომეტრიული მეთოდები არ იძლევა OC ფილმების ეფექტურ ძიებას ძლიერი შთანთქმის ზოლების არსებობისას, ამიტომ ჩვენ შევიმუშავეთ ჩვენი საკუთარი მეთოდი, რომელიც ქვემოთ არის ასახული.

განვიხილოთ ოპტიკური სისტემა, რომელიც შედგება სუბსტრატისგან, მასზე დაფენილი თხელი ფილმით, რომელიც გარშემორტყმულია ორივე მხრიდან ჰაერით. მოდით გამოვხატოთ ასახვის კოეფიციენტები ( R ) და ტრანსმისია (T ) ამ სისტემის პარამეტრების მეშვეობით. ამ შემთხვევაში, ჩვენ ვივარაუდებთ, რომ სინათლე (ტალღის სიგრძითλ ) ჩვეულებრივ ეცემა ფირის მხრიდან. სუბსტრატთან დაკავშირებული პარამეტრები აღინიშნა სუბსკრიპტით S, ფილმის ინდექსთან დაკავშირებულივ.

ფირის გეომეტრიული სისქე აღინიშნად , გეომეტრიული სისქე სუბსტრატის მეშვეობითდ ს , სუბსტრატის რეფრაქციული და შთანთქმის ინდექსები, შესაბამისად, მეშვეობით n s, k s . ჩვენ ასევე ვივარაუდებთ, რომ ფილმისა და სუბსტრატის (შეფარდობითი) მაგნიტური გამტარიანობა 1-ის ტოლია. ვინაიდან სინათლის ინციდენტი ნორმალურია, არეკვლა და გამტარობა დამოუკიდებელია პოლარიზაციისგან. დაე იყოს,. განსახილველ ოპტიკურ სისტემაზე სხივის დაცემის მიმართულება, ე.ი. მიმართულებას ფილმიდან სუბსტრატამდე ეწოდება დადებითი. Საწინააღმდეგო მიმართულებაჩვენ მას უარყოფითად დავარქმევთ. ასახვის კოეფიციენტები(R f) და ტრანსმისია (T f) ფილმები დადებითი მიმართულებით მიმავალი სხივისთვის მიიღება გამოყენებით ცნობილი ფორმულებიდამახასიათებელი მატრიცის მეშვეობით [ 7 ].

, (1)

, (2)

, (3)

სუბსტრატს-ჰაერის ინტერფეისის ასახვისა და გადაცემის კოეფიციენტები დადებითი მიმართულებით მოძრაობისას ტოლია

, (4)

ავიღოთ სისტემაზე სინათლის ინტენსივობის ინტენსივობა, როგორც 1 (ე.ი. ყველა სხვა ინტენსივობას გავზომავთ შემთხვევის ტალღის ინტენსივობის ერთეულებში). ფილმიდან გამომავალი სინათლის ინტენსივობა ტოლიარფ . თუ ვივარაუდებთ, რომ სუბსტრატში სინათლის ჩარევა არ არის და ზემოთ ჩამოთვლილი მნიშვნელობების გათვალისწინებით, მივიღებთ შემდეგ გამონათქვამებს:

, (5)

. (6)

ცნობილი იყოს ოპტიკური სისტემის ყველა პარამეტრი, გარდა, და და ასევე, გაზომილი მნიშვნელობები და. ამ პრობლემის მიზანია პოვნა, და. როგორც ზემოთ აღინიშნა, ამ პრობლემის ანალიტიკური გადაწყვეტა შეუძლებელია. ძიებაკარგი განხორციელდა რამდენიმე ეტაპად. ჩვენ ვიცით, რომ არის აბსორბცია როგორც ფილმში, ასევე სუბსტრატში, რომელიც შეიძლება მოიძებნოს:. ამიტომ, ჩვენ ადრე განვსაზღვრეთ სუბსტრატის მუდმივები სპექტროფოტომეტრიული მეთოდის გამოყენებით გადაცემის () და არეკვლის () სპექტრებიდან.სუბსტრატში აბსორბცია განისაზღვრა: შემდეგ, შთანთქმის გარეშე, გადაცემა () და ასახვა () გვხვდება ფორმულების მიხედვით:

მე (7)

სადაც და არის ფუნქციები, რომლებიც გამოითვლება ანალიტიკურად ფორმულების გამოყენებით (1-6) და არის შთანთქმა ფილმში და სუბსტრატში.

ამ სპექტრებიდან გვხვდება სუბსტრატის გარდატეხის ინდექსი () და შთანთქმის ინდექსი (). ნახ. სურათი 1 გვიჩვენებს გაზომილი რეფრაქციული ინდექსის და შთანთქმის დამოკიდებულებას ტალღის სიგრძეზე სილიკონის სუბსტრატში.თ რაზეა დამოკიდებული სისტემატური შეცდომა უფრო დიდი ზომითსპექტროფოტომეტრში გამოყენებული ნორმალიზებიდან და აღწევს 1-2%-ს, ხოლო გადაცემის გაზომვის შეცდომა არის 0.1-0.3%, შემდეგ დ.გამონაკლისის სახით დამატებითი შეცდომებიწინასწარი გადაცემა მთელ სპექტრში ნორმალიზებული იყო T+R მიღებული აბსორბციისგან თავისუფალ ადგილებში ( 1,8 2,5 და 4-6 მიკრონი). სილიკონის სუბსტრატებში შეწოვა, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ მითითებულ დიაპაზონში, სუბსტრატის სისქით 400 მიკრონი, არის 0.1-0.2% დონეზე და შეიძლება უგულებელვყოთ. ამიტომ, მომავალში ჩვენ ვივარაუდეთ, რომ სუბსტრატის შეწოვა 1.8 2.5 და 4-6 μm დიაპაზონში ნულის ტოლია.

შემდეგ ეტაპზე განისაზღვრა გადაცემის და შთანთქმის სპექტრები ფილა-სუბსტრატის სისტემაში და მოხდა გადაცემის სპექტრების ნორმალიზება. შთანთქმის სპექტრი მოიცავდა როგორც შთანთქმას ფილმში, ასევე შთანთქმას სუბსტრატში. ნახ. სურათი 2 გვიჩვენებს ფილმის გადაცემის სპექტრს CaF2 8 მიკრონი სისქის სილიკონის სუბსტრატზე. იგი მოიცავს აბსორბციას სუბსტრატსა და ფილმში და ასევე განისაზღვრება დისპერსიული ურთიერთობებით, ე.ი. რეფრაქციული ინდექსი () და შთანთქმის ინდექსი () ძლიერი ზოლების რეგიონში:. ფტორების შთანთქმის სპექტრები, ისევე როგორც სილიციუმის, ნულის ტოლია 0,4-2,5 მკმ და 3,5-5 მკმ დიაპაზონში. ეს უბნები გამოიყენებოდა დამატებითი სპექტრის ნორმალიზებისთვის. სუბსტრატსა და ფილაში ნულოვანი შთანთქმის დროს, მისი გამტარობა ტალღის სიგრძეზე არის სუბსტრატის გამტარობის ჯერადი, სადაც არის სუბსტრატის ერთი მხარის ასახვა (იხ. ფორმულა 6).

სუბსტრატის გამტარობა 2-6 μm დიაპაზონში მერყეობს 0,535-დან 0,538-მდე. გადაცემის სპექტრის ნორმალიზება იყო ის, რომ მინიმალური გადაცემა ნახევრადტალღური ფილმების შთანთქმისგან თავისუფალ ადგილებში აღებულია ამ დიაპაზონში, როგორც სუბსტრატის გადაცემის ტოლი. ანალოგიური ნორმალიზება გაკეთდა ასახვის სპექტრისთვის.

ნორმალიზებულ სპექტრებზე დაყრდნობით, აღმოჩნდა შთანთქმა ფილმში(). ნორმალიზაციის სისწორის კრიტერიუმი იყო სპექტრის შთანთქმის თავისუფალ რეგიონებში. ნახ. სურათი 1 გვიჩვენებს შთანთქმის კოეფიციენტის დამოკიდებულებას ფირის სუბსტრატის სისტემის ტალღის სიგრძეზე. ჩანს, რომ 1.6 -2.6 μm დიაპაზონში საშუალო შთანთქმის მნიშვნელობა დაბალია. ხმაურის ზრდა ტალღის სიგრძეზე 2 მკმ-ზე ნაკლები ასოცირდება ხმაურთან სპექტროფოტომეტრის ჩამწერ ნაწილში. 3.5 -7 μm რეგიონში, შეწოვა ასევე მინიმალურია. შთანთქმის სპექტრიდანთქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ ჩაქრობის კოეფიციენტის დისპერსია ყველა ტალღის სიგრძეზე: სად არის ფილმის შთანთქმის კოეფიციენტი,კ წარმოსახვითი ნაწილიფილმის შთანთქმის რთული მაჩვენებელი.

ბრინჯი. 1. რეფრაქციული ინდექსები (ნ) და

სილიციუმის (Si) აბსორბცია (ks)

ბრინჯი. 2. გადაცემის სპექტრი

CaF 2 ფირები Si სუბსტრატზე

შემდეგ ეტაპზე ხდება გადამცემი სპექტრების კორექტირება ფილმში შთანთქმისთვის. ამისათვის შთანთქმა ფილმის გადაცემის (ან ასახვის) სპექტრში გამოითვლება შთანთქმის კოეფიციენტის () მიღებული დამოკიდებულების გათვალისწინებით ტალღის სიგრძეზე (). რეფრაქციული ინდექსის დისპერსიას მცირე გავლენა აქვს შთანთქმის სპექტრზე. მთავარი გავლენა ფირის სისქეზე მოდის, რაც უკვე გათვალისწინებულია გადაცემის და ასახვის სპექტრებში. გამოითვალა შთანთქმის სპექტრი გადაცემაში (ასახვა). შედეგად მიღებული შთანთქმის სპექტრი ემატება გადაცემის (ან ასახვის) სპექტრს.

ნახ. სურათი 3 გვიჩვენებს გადაცემის სპექტრის მაგალითს, რომელიც შესწორებულია შთანთქმისთვის. ნახ. 3 ჩანს, რომ სპექტრი წარმოადგენს სინუსოიდს ოდნავ ცვალებადი პერიოდითა და ამპლიტუდით. მათი ცვლილებები განისაზღვრება მხოლოდ რეფრაქციული ინდექსის დისპერსიით. გადაცემის მინიმალური მნიშვნელობები 5000 - 700 სმ დიაპაზონში-1 შეესაბამება სუბსტრატის გამტარიანობას = 0.536-0.538. მრუდის დამახინჯება 20 მკმ-ზე მეტ რეგიონში განპირობებულია სპექტროფოტომეტრის ტექნიკური მახასიათებლებით.

გამოსავალი შებრუნებული პრობლემადისპერსიული მრუდების პოვნა კორექტირებული სპექტრიდან გარდატეხის ინდექსისთვის ხდება ბევრად უფრო სწორი ამოცანა, ვიდრე ნახ. 3. ამ შემთხვევაში, სუბსტრატისა და ფირის შთანთქმის პარამეტრები ( ნულის ტოლი), ა ცვლადირეფრაქციული ინდექსი და ფირის სისქე.

სპექტრის ანალიზი აჩვენებს, რომ რეგიონში (900-6000) სმ-1 გარდატეხის ინდექსი სუსტად არის დამოკიდებული ტალღის სიგრძეზე. გამტარობის გაზრდა 0,545-მდე ტალღის სიგრძეზე 1400 სმ-1 შეიძლება აიხსნას ფილმის ჰეტეროგენურობით. მისი სიმკვრივე მცირდება ფირის სისქის მატებასთან ერთად, ხოლო გამტარობა ასევე მცირდება მაქსიმალურიდან მინიმუმამდე. ასეთი გრადიენტური ფილმი მოქმედებს, როგორც ნაწილობრივ ანტირეფლექსური საფარი, რაც იწვევს გადაცემის უმნიშვნელო მატებას იმ წერტილში, რომელიც შეესაბამება ორ ნახევარტალღოვან ფილმს. 3 მკმ (3300 სმ) ფართობზე-1 ) გადაცემაც საშუალოზე მაღალია. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ ფილმის რეფრაქციული ინდექსი იზრდება ძლიერი შთანთქმის ზოლის რეგიონში, რაც გამოწვეულია როგორც წყლის ორთქლით, ასევე ფირის ზედაპირზე შთანთქმული წყლით.

რეფრაქციული ინდექსის დისპერსია განისაზღვრა კიდურების ამპლიტუდიდან პროგრამის გამოყენებითფილმი მგრ. ნახ. სურათი 4 გვიჩვენებს რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულებას CaF 2 ტალღის სიგრძით . მისი ზოგადი პროგრესიშეესაბამება ერთი ბროლის დისპერსიას, ფილმის ქვედა რეფრაქციული ინდექსის გათვალისწინებით. განსხვავება შეინიშნება მხოლოდ პიკში ტალღის სიგრძეზე 3 მკმ. ეს დაკავშირებულია შთანთქმის ზოლის არსებობასთან აბსორბციული წყლის 3 მკმ-ზე.

შთამნთქმელ სუბსტრატზე სპექტრების დამუშავების ტექნიკა შემოთავაზებულია მაგალითის გამოყენებით CaF2 . ეს ტექნიკა მოიცავს რამდენიმე კორექტირებას:

გადაცემის და ასახვის სპექტრები სპექტროფოტომეტრულ გაზომვებში შესაძლო შეცდომებზე;

სუბსტრატში შეწოვის კორექცია;

გადამცემი სპექტრების კორექტირება ფილმში შთანთქმის აღმოსაფხვრელად.

გაკეთებულმა შესწორებებმა შესაძლებელი გახადა ცვლადების რაოდენობის შემცირება და, ამით, შეცდომების შემცირება ფილმის დისპერსიული მუდმივების განსაზღვრისას.

ბიბლიოგრაფია

ჰევენსი, O.S. . თხელი ფენების ოპტიკური მუდმივების გაზომვა აპლიკაციებისთვის / წიგნში: თხელი ფენების ფიზიკა. - მ.: მირი, 1967. ტ.2.ს. 136185.
კონოვალოვა, ო.პ. სუსტად შთამნთქმელი დიელექტრიკული ფენების ოპტიკური მუდმივების განსაზღვრა გამჭვირვალე სუბსტრატზე / O.P. კონოვალოვა, ი.ი. შაგანოვი // ოპტიკურ-მექანიკური მრეწველობა, 1988. No8. გვ.3941.
კოტლიკოვი, ე.ნ. . ფტორის ფილმებში ოპტიკური დანაკარგების შემცირების პრობლემა / E.N. კოტლიკოვი, ე.ვ. ხონინევა, ვ.ნ. პროკაშევი. სანკტ-პეტერბურგი: ოპტიკური ჟურნალი, 2004. T.71. გვ.8487.
კოტლიკოვი, ე.ნ. ფართოზოლოვანი ანტირეფლექტორული საფარის სინთეზისთვის გამოყენებული ფილმების ოპტიკური მუდმივების შესწავლა / E.N. კოტლიკოვი, გ.ვ. ტერეშჩენკო //ოპტიკა და სპექტროსკოპია, 1997.-T.82. 4-ზე. გვ.653-659.
კოტლიკოვი, ე.ნ. . ფილმის ფორმირების მასალები ტერაჰერცის სპექტრული დიაპაზონისთვის / E.N. კოტლიკოვი, ვ.ა. ივანოვი, ა.ნ. ტროპინი. SPb.: შ. სუაის სამეცნიერო სესიის შრომები. ნაწილი 1., 2010. - გვ.153-155.
რიტერ ე. ფირის დიელექტრიკული მასალები ოპტიკური პროგრამებისთვის // წიგნში. ფიზიკათხელი ფილმები M.: Mir, 1978.- T.8. გვ.7-60.
დაიბადა, მ. ოპტიკის საფუძვლები / M. Born, E. Wolf, trans. ინგლისურიდან რედაქტორი გ.პ. მოტულევიჩი. მ.: ნაუკა, 1970. 856 წ.

ლაბორატორიაში გამჭვირვალე ფილმების ოპტიკური თვისებების შესასწავლად გამოიყენება Specord UV-VIS სპექტროფოტომეტრი, რომელიც შექმნილია სპექტრის ულტრაიისფერ და ხილულ რეგიონებში სამუშაოდ და LMF-72M ფოტომეტრი. განვიხილოთ კონკრეტული პრობლემები, რომელთა გადაჭრა შესაძლებელია ფოტომეტრული ინსტრუმენტების გამოყენებით.

1. გამჭვირვალე სუბსტრატის გარდატეხის ინდექსის განსაზღვრა

რეფრაქციული ინდექსი ერთ-ერთი მთავარია ოპტიკური მახასიათებლები. ის განსაზღვრავს ნივთიერებაში სინათლის ტალღის გავრცელების სიჩქარეს. მისი ცოდნა აუცილებელია ოპტიკაში გამოყენებული მასალებისთვის.

როდესაც I 0 ინტენსივობის გამოსხივება ეცემა გამჭვირვალე სუბსტრატს, სხივის ერთი ნაწილი აირეკლება (I R), მეორე ნაწილი გადის მასში (IT) (ნახ. 17). სუბსტრატის შიგნით რადიაციის შთანთქმის გათვალისწინების გარეშე, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ გადაცემული და არეკლილი გამოსხივების წილი დამოკიდებულია რეფრაქციულ ინდექსზე:

ბრინჯი. 17.სხივის სქემატური გზა, როდესაც სინათლე ეცემა გამჭვირვალე სუბსტრატს

სუბსტრატის (R) გამტარობა (T) და არეკვლა l ტალღის სიგრძეზე შეიძლება გამოითვალოს შემდეგნაირად:

სად

n n არის სუბსტრატის გარდატეხის მაჩვენებელი l ტალღის სიგრძეზე.

ამრიგად, გადაცემის სასურველ ტალღის სიგრძეზე გაზომვით, ამ გამონათქვამიდან შეიძლება მივიღოთ სუბსტრატის რეფრაქციული ინდექსი. სინათლის სიხშირე სუბსტრატზე უნდა იყოს ნორმასთან ახლოს.

2. გამჭვირვალე ფირის სისქის განსაზღვრა გამჭვირვალე სუბსტრატზე

გამჭვირვალე თხელი დიელექტრიკული და ნახევარგამტარული ფირები ავლენენ ჩარევის ფენომენს, როდესაც მათზე შუქი ეცემა (სურ. 18).

სურ. 18.სხივის სქემატური გზა გამჭვირვალე ფირის სუბსტრატის სისტემაში

გარკვეულ პირობებში, არეკლილი ან გადაცემული სხივების შერწყმისას, ჩარევა შეინიშნება ინტენსივობის მატებით ან შემცირებით და გადაცემის (არეკვლის) სპექტრი ასე გამოიყურება (ნახ. 19).

სურ. 19.ფილა-სუბსტრატის სისტემის გადამცემი სპექტრი

ფორმულების მათემატიკური წარმოშობის გათვალისწინების გარეშე, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ფირის სუბსტრატის სისტემის გადაცემის სპექტრში გამოსხივების ნორმალური სიხშირით უკიდურესი ღირებულებებიდაკვირვებული პირობით npl ·d=m·l/4,

სადაც npl არის ფილმის რეფრაქციული ინდექსი;

d-ფილმის სისქე;

მ - ჩარევის ორდერი;

ლ ტალღის სიგრძე კიდურზე.

მაქსიმალური მნიშვნელობებიგამტარობა შეესაბამება ლუწ m-ს, მინიმალური მნიშვნელობები შეესაბამება კენტ m-ს. ორი მეზობელი უკიდურესობისთვის ლუწი m-ით შეგვიძლია დავწეროთ:

n pl d = m l m /4=(m+2) l m+2 /4,

l m და l m+2 არის ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება მეზობელ კიდურებს ლუწი m-ით.

აქედან

თუ ფილმის რეფრაქციული ინდექსი უცნობია, მაშინ ის გვხვდება გამონათქვამიდან:

სადაც T არის გარს-სუბსტრატის სისტემის გამტარობა კენტი m-ისთვის; npl არის ფილმის რეფრაქციული მაჩვენებელი;

n p არის სუბსტრატის გარდატეხის მაჩვენებელი;

m, n p, n pl განსაზღვრის შემდეგ, განსაზღვრეთ ფილმის სისქე d.

3. ლითონის ფირების გამტარიანობის გაზომვა

ლითონებში დიელექტრიკებისა და ნახევარგამტარებისგან განსხვავებით დიდი რიცხვიელექტრონები სუსტად არის დაკავშირებული ლითონის ატომებთან და ეს ელექტრონები თავისუფლად ითვლება. თავისუფალი ელექტრონების არსებობა ხსნის ლითონის ზედაპირიდან სინათლის არეკვლის თავისებურებებს. მეორადი ტალღები გამოწვეული იძულებითი რხევებითავისუფალი ელექტრონები წარმოქმნიან ძლიერ არეკლ ტალღას, რომლის ინტენსივობამ შეიძლება მიაღწიოს ინციდენტის ინტენსივობის 95%-ს (ან უფრო მეტს) და შედარებით სუსტ ტალღას, რომელიც შედის მეტალში. ვინაიდან თავისუფალი ელექტრონების სიმკვრივე ძალიან მნიშვნელოვანია (~ 10 22 1 სმ 3-ში), ლითონის ძალიან თხელი ფენებიც კი ირეკლავს. ყველაზეშუქი ეცემა მათზე. სინათლის ენერგიის ის ნაწილი, რომელიც აღწევს ლითონში, შთანთქავს მას.

სინათლის რომელ ნაწილს არ გადასცემს ლითონი არეკვლის გამო და რა რჩება მასში შთანთქმის გამო, დამოკიდებულია მის გამტარობაზე. იდეალურ გამტარში შთანთქმა ნულის ტოლია, ამიტომ ინციდენტის სინათლე მთლიანად აირეკლება. ვერცხლის ფილმები ამ იდეალს უახლოვდება. ნაკლებად გამტარ ლითონებში, მაგალითად, რკინაში, არეკვლა შეიძლება იყოს მხოლოდ 30-40%, ისე, რომ რკინის გაუმჭვირვალე ფილმი არაუმეტეს მიკრონის სისქის ფრაქცია შთანთქავს მასზე შუქის 60%-ს.

ამრიგად, დამახასიათებელი თვისებალითონი, რომელიც შედგება მაღალი არეკვლისგან და გამოიხატება სუფთა ზედაპირის სპეციალური "მეტალის" ბრწყინვალების არსებობით, დაკავშირებულია მის ელექტრულ გამტარობასთან. რაც უფრო მაღალია ელექტრული გამტარობის კოეფიციენტი, მით უფრო მაღალია, ზოგადად, ლითონების არეკვლა.

ჩვენს ლაბორატორიაში ლითონების არეკვლა შეიძლება გავზომოთ ჰელიუმ-ნეონის ლაზერის გამოყენებით 630 ნმ ტალღის სიგრძეზე. მსგავსი ტალღის სიგრძის ლიტერატურული მონაცემები იძლევა შემდეგ კავშირს ლითონის ფირის ანარეკლს შორის 600 ნმ ტალღის სიგრძეზე და წინააღმდეგობა:

მაგრამ მაღალი ღირებულებებიარეკვლის მიღება შესაძლებელია მხოლოდ მასში მიღებული ფილმებისთვის ოპტიმალური პირობები. ასახვის კოეფიციენტზე მოქმედი ფაქტორებია: დეპონირების სიჩქარე, ზეწოლა დეპონირების დროს, დეპონირებული ფირის სისქე, სუბსტრატის ტემპერატურა, ნივთიერების დაცემის კუთხე, აორთქლებული მასალის სისუფთავის ხარისხი და ბოლოს, შედეგად მიღებული საფარის დაბერება ჰაერში.

ლითონების მიერ სინათლის შთანთქმა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლითონის ფირის სისქის შესაფასებლად. სინათლის გავლა გამტარ ნივთიერებებში განისაზღვრება ურთიერთმიმართებით:

I=I 0 exp(-4πnkd/l),

სადაც d არის შთამნთქმელი ფენის სისქე;

n არის გარდატეხის ინდექსი ტალღის სიგრძისთვის l;

k არის შთანთქმის ინდექსი ტალღის სიგრძისთვის l;

I 0 - ინციდენტის გამოსხივების ინტენსივობა;

I არის გადაცემული გამოსხივების ინტენსივობა.

გამჭვირვალე ლითონის ფირის გამტარიანობის გაზომვა (I/I 0) საშუალებას მოგცემთ შეაფასოთ მისი სისქე ზემოაღნიშნული ფორმულის გამოყენებით.

ცხრილი 2.1

გამტარიანობის განსაზღვრა LMF-72M ფოტომეტრის გამოყენებით

ფოტომეტრი ტიპის LMF-72 განკუთვნილია გამტარობისა და ოპტიკური სიმკვრივის გასაზომად სპექტრულ დიაპაზონში 365-დან 750 ნმ-მდე და ხსნარების კონცენტრაციის დასადგენად კალიბრაციის გრაფიკების გამოყენებით, აგრეთვე ინდიკატორად ნეფელომეტრიული და ფლუომეტრიული ანალიზის დროს. ფოტომეტრის ოპტიკური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ.20-ზე.

სურ.20. LMF-72M ფოტომეტრის ოპტიკური დიზაინი

1-ინკანდესენტური ნათურა;

2-კონდენსატორი;

3-ლინზა;

4-ნაპრალი დიაფრაგმა;

5-მოდულატორი;

6-შესაცვლელი ჩარევის ან შთანთქმის ფილტრი;

7-თერმული ფილტრი;

8-გაზომილი ნიმუში;

9-შთანთქმის ფილტრი; "

10-დამცავი მინა;

11-ფოტომულტიპლიკატორი.

ლაბორატორიული ფოტომეტრი დამზადებულია მოდულაციის მქონე ერთსხივიანი სქემის გამოყენებით მანათობელი ნაკადიდა პირდაპირი დათვლა. გამტარობის გაზომვისას, მანათობელი ნაკადი ინკანდესენტური ნათურიდან (1), რომელიც წარმოიქმნება კონდენსატორისგან, რომელიც შედგება ლინზებისგან (2) და ობიექტივი ლინზებისგან (3) პარალელურ სხივში, მუდმივად რეგულირებადი დიაფრაგმის ჭრილის (4) მეშვეობით, მანათობელი ნაკადი. მოდულატორი (5) და ჩარევის ფილტრი (6) გადის გაზომვის ნიმუშში და ხვდება სინათლის დეტექტორის ფოტოკათოდს.

ოპერაციული პროცედურა

1. შეაერთეთ ფოტომეტრი ქსელში. მოწყობილობის გახურების დრო 10-15 წუთია.

2. დაკალიბრეთ T სკალა ამისათვის ჩადეთ ინტერფერენციული ფილტრი საჭირო ტალღის სიგრძით "ფილტრის" სოკეტში, უჯრედის დამჭერი პოზიციაზე "0". დააჭირეთ ღილაკს "U" და დაატრიალეთ "0-ზუსტი" ღილაკი, გაასწორეთ საჩვენებელი მოწყობილობის ისარი სასწორზე "0" ნიშნით. დააყენეთ კუვეტის დამჭერი "100" პოზიციაზე, გამოიყენეთ "დიაფრაგმის" ღილაკი, რომ გადაიტანოთ ინსტრუმენტის ისარი სასწორზე "100" ნიშანზე, შემდეგ გამოიყენეთ "100-ზუსტი" ღილაკი, რომ გაასწოროთ ისარი "100"-თან. ნიშანი.

3. გამტარიანობის გაზომვა. დააყენეთ კუვეტის დამჭერი პოზიციაზე "0". ამოიღეთ საფარი და ჩადეთ გასაზომი ნიმუში დამჭერში. დახურეთ სახურავი, გადაიტანეთ კუვეტის დამჭერი პოზიციაზე „100“ და წაიკითხეთ საზომი მოწყობილობის სკალაზე (გამტარობა პროცენტებში).

4. გამორთეთ ფოტომეტრი.

ფოტომეტრზე მუშაობისას აკრძალულია:

შეცვალეთ ფილტრები პოზიციაზე "100".

განახორციელეთ გაზომვები ღია საზომი კამერით.

სპექტრის ულტრაიისფერ და ხილულ რეგიონებში გადაცემის და შთანთქმის სპექტრების შესწავლა Specord UV-VIS მოწყობილობის გამოყენებით

"Specord UV-VIS" არის ავტომატური ორმაგი სხივის სპექტროფოტომეტრი, რომელიც აღრიცხავს ნიმუშების წრფივ გადაცემას ან ჩაქრობას ტალღის რაოდენობის მიხედვით. სპექტრების წარმოდგენა ტალღის რაოდენობის მიხედვით მოსახერხებელია, ვინაიდან მიმართების მიხედვით E = hν = hc/l = hc, სადაც

ელექტრონული ენერგია;

h - პლანკის მუდმივი;

c არის სინათლის სიჩქარე;

ν - სიხშირე;

ლ - ტალღის სიგრძე;

ტალღის ნომერი,

ენერგია პირდაპირპროპორციულია ტალღის რიცხვისა.

Specord UV-VIS სპექტროფოტომეტრის ძირითადი ოპტიკური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 21-ში.

დეიტერიუმის ნათურა გამოიყენება როგორც სინათლის წყარო სპექტრის ულტრაიისფერ რეგიონში, ხოლო ინკანდესენტური ნათურა ხილულ რეგიონში. სინათლის სხივი შედის მონოქრომატორის შესასვლელ ჭრილში, საიდანაც მონოქრომატული სხივი მიმართულია სარკისებური ჩოპერისკენ, სადაც იყოფა ორ ნაკადად, ქმნის საზომ არხს და შედარების არხს. სინათლე ეცემა რადიაციის დეტექტორზე, რომელიც არის ანტიმონ-ცეზიუმის ფოტოგამრავლება, ან ნიმუშის არხიდან ან შედარების არხიდან. სპექტრები იწერება კალმის გამოყენებით სპეციალურ ფორმაზე.

სპექტროფოტომეტრის დიზაინი უზრუნველყოფს სხვადასხვა სარეგისტრაციო პარამეტრებს. ამჟამად მოწყობილობა აღჭურვილია: ტალღის რიცხვითი მასშტაბით - 12,5 მმ/1000 სმ -1; სპექტრის რეგისტრაციის დრო - 4,4 წთ/ფურცელი; რეგისტრაციის სიჩქარეა 5000 სმ -1/წთ.

სურ.21.სპექტროფოტომეტრის ოპტიკური დიაგრამა "Specord UV-VIS"

ტალღის რიცხვი ითვლება ვერნიეს გამოყენებით. მუშაობისას გამოიყენება შემდეგი ორდინატთა სასწორები:

0 – 100% გამტარობა, სტანდარტული ფართობი;

0 – 20% გამტარობა, ორდინატების გაჭიმვა დაბალი გამტარიანობის ნიმუშებისთვის;

0,1 - +1,4 გადაშენება.

სპექტროფოტომეტრის ოპერაციული პროცედურა "Specord UV VIS"

1. შეაერთეთ მოწყობილობა ქსელში. დააჭირეთ ღილაკს "ქსელი".

2. ჩართეთ ნათურა (შუქის წყარო) სპექტრის შესაბამისი ნაწილისთვის.

3. ჩადეთ ჩამწერი კალამი.

4. ღილაკების „სწრაფი წინ“ და „სწრაფი უკან“ გამოყენებით დააყენეთ მთელი რიცხვი ნულის წინააღმდეგ ვერნიეს გამოყენებით (მაგალითად, 21000 სმ -1). მოათავსეთ სარეგისტრაციო ფურცელი ჩამწერ ეტლზე ისე, რომ საზომი არხის დახურული ჩამწერი კალამი იყოს ჰორიზონტალური ნულოვანი ხაზისა და ვერტიკალური ხაზის გადაკვეთაზე.

5. სატესტო რეგისტრაციის ჩატარებით შეამოწმეთ ნულოვანი პოზიცია და სარეგისტრაციო ფურცლის სწორად დაყენება (დააჭირეთ ღილაკს „დაწყება“).

6. დააყენეთ 100% ხაზი. გახსენით საზომი არხი და ჩაატარეთ ტესტის ჩაწერა. თუ ჩაწერილი ხაზი გადის 100%-ის პარალელურად, მაშინ ის გამოდის 100%-მდე 100%-იანი კორექტირების ღილაკის გამოყენებით.

7. დააჭირეთ ღილაკს „სწრაფი უკან“. ვაგონი სწრაფად მოძრაობს მარჯვნივ და ჩამწერი მოწყობილობა იკავებს ყველაზე მარცხენა პოზიციას.

8. მოათავსეთ გასაზომი ნიმუში კუვეტის განყოფილებაში ახლო არხში.

9. დააჭირეთ ღილაკს "დაწყება". ამ გზით დაწყებული რეგისტრაცია შეიძლება ნებისმიერ დროს შეწყდეს ღილაკზე "Stop" დაჭერით.

10. ამოიღეთ სარეგისტრაციო ფურცელი, გამორთეთ ნათურა, დააჭირეთ ღილაკს „ქსელი“.

ღილაკის კონტროლი წინა პანელზე

Სწრაფად წინ. ვაგონი სწრაფად მოძრაობს მარცხნივ და ამავე დროს გადის ტალღის ნომერი.

სწრაფად უკან. ვაგონი სწრაფად მოძრაობს მარჯვნივ.

რეგისტრაცია ავტომატური ვაგონით დაბრუნებით.

დაწყება. სპექტრის ჩაწერის დაწყება.

გაჩერდი. ჩამწერი მოწყობილობა ჩერდება.

რადიაციის წყარო.

ოპტიკა და სპექტროსკოპია, 2008, ტომი 105, №3, გვ. 505-510 წწ

ფიზიკური ^^^^^^^^^^^^^^^^^ ოპტიკა

UDC 535.016,535.012.21,538.975

წვრილი ჰომოგენური ფირის რეფრაქციული ინდექსი SÍO2

* ნოვოსიბირსკი Სახელმწიფო უნივერსიტეტი, 630090 ნოვოსიბირსკი, რუსეთი **ნახევარგამტარების ფიზიკის ინსტიტუტი ციმბირის ფილიალი RAS, 630090 ნოვოსიბირსკი, რუსეთი

მიღებულია რედაქტორის მიერ 08/06/2007

წარმოდგენილია სისქის არაჰომოგენურობის გავლენის შესწავლის შედეგები SiO2 ფილმების რეფრაქციულ მაჩვენებელზე. SiO2 ფილმები, რომლებიც დეპონირებულია ტეტრაეტოქსისილანის პიროლიზით, ორიენტირებული კრისტალური კვარცის სიბრტყე პარალელურ სუბსტრატებზე და სილიკონის ვაფლზე, ექვემდებარებოდა ფენა-ფენა გრავირებას პლისკინის ხსნარში. რეფრაქციული ინდექსი და ფილმების გეომეტრიული სისქე გამოითვლებოდა გაზომილი ელიფსომეტრიული კუთხიდან ყოველი ოქროვის შემდეგ. წარმოდგენილია რეფრაქციული ინდექსის განსაზღვრის სიზუსტის რიცხვითი ანალიზი, როგორც ფირის სისქის ფუნქცია პოლარიზაციის კუთხეების გაზომვისას და სუბსტრატის პარამეტრების ექსპერიმენტული შეცდომების გამო. 20 ნმ-ზე მეტი სისქის SiO2 ფილმებისთვის, არაჰომოგენურობის ეფექტი არ იყო გამოვლენილი. მცირე სისქეზე დაფიქსირდა რეფრაქციული მაჩვენებლების დამოკიდებულება სისქეზე. განიხილება ასეთი დამოკიდებულების მიზეზები.

შესავალი

დღემდე, შედარებით ცოტაა დიდი რიცხვი ექსპერიმენტული სამუშაო, რომელშიც ჩატარდა მიზნობრივი კვლევები ჰეტეროგენურობისა და ინტერფეისების გავლენის შესახებ თხელი ფენების ოპტიკურ თვისებებზე. პრობლემა ის არის, რომ ჯერ კიდევ არ არსებობს ცალსახა პასუხი კითხვაზე, რამდენად იცვლება ნივთიერების ოპტიკური თვისებები და იცვლება თუ არა ისინი საერთოდ, როდესაც სტრუქტურის ზომა მცირდება და რამდენად მნიშვნელოვანია გარდამავალი გავლენის გათვალისწინება. ფენა. ბევრი ნამუშევარი ეწინააღმდეგება ერთმანეთს. უფრო მეტიც, გამოქვეყნებულია ნამუშევრების დიდი რაოდენობა, რომლებშიც ეს ეფექტები უბრალოდ უგულებელყოფილი იყო. მსგავსი სტატიები იყენებენ მოცულობითი მნიშვნელობებს ფიზიკური პარამეტრებიძალიან თხელი ფილმები, ე.ი. არ არის გათვალისწინებული ფენების ურთიერთქმედება სასაზღვრო სივრცეში. სტრუქტურების მიღება გარდამავალი რეგიონების გარეშე ძალიან პრობლემურია. მრავალი კვლევა აღნიშნავს, რომ SiO2 თხელი ფენების რეფრაქციული ინდექსი განსხვავდება ნაყარი მნიშვნელობიდან. თუმცა, არ არსებობს მკაფიო პასუხი ამ განსხვავების მიზეზებზე. მაგალითად, ჩატარდა ანალიზი გაზომვების შესაძლებლობის შესახებ რეფრაქციული ინდექსის ელიფსომეტრიის გამოყენებით 20 ნმ-ზე თხელი ფილმებისთვის, სუბსტრატის ოპტიკური პარამეტრების ერთდროულად განსაზღვრისას. სუბსტრატად გამოიყენებოდა ანიზოტროპული კრისტალური კვარცი ოპტიკური ღერძის პარალელურად მოჭრილი. ორი სუბსტრატის ორიენტაციის გაზომვებიდან გარკვეული ალგორითმების გამოყენებით იზოტროპული ფირის ელიფსომეტრიის შებრუნებული პრობლემის გადასაჭრელად ანისოტროპულ სუბსტრატზე

ფირის სისქე და რეფრაქციული ინდექსი ცალსახად იყო გათვლილი. ამრიგად, კრისტალურ კვარცზე SiO2 ფენების გაზომვისას გამოვლინდა რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულება ფირის სისქეზე. სისქე მცირდება, რეფრაქციული ინდექსი მცირდება. ეს ეფექტები გამოჩნდა 40 ნმ და ნაკლები სისქეზე. 10 ნმ რიგის სისქისთვის, გარდატეხის ინდექსი დაეცა 1,46-დან (მისი მოცულობითი მნიშვნელობა) 1,44-მდე. Ეს ფაქტიაღინიშნა ნაშრომის ერთ-ერთ არაპრინციპულ დასკვნად. Განსაკუთრებული ყურადღებაამ დამოკიდებულებას ყურადღება არ მიუქცევია. არ იყო მკაფიო ახსნა. მსგავსი ფენომენი (თხელი გარსისთვის რეფრაქციული ინდექსის დაქვეითება) აღმოაჩინეს Ti-TiO2 სისტემისთვის. აღსანიშნავია, რომ აღნიშნულ ნაშრომებში მოცულობითი სიდიდის გარდა სხვა რეფრაქციული მაჩვენებლების შესწავლის საკითხი არ დაისვა. პირველად ეს საკითხი მიზანმიმართულად იქნა შესწავლილი SiO2 ფირის სისტემისთვის სილიკონის სუბსტრატზე. ყველა გაზომვა განხორციელდა ელიფსომეტრზე 632,8 ნმ ტალღის სიგრძეზე. ავტორებმა ჩაატარეს საფუძვლიანი ანალიზი შესაძლო შეცდომებიოპტიკური მუდმივების გამოთვლაში და მრავალრიცხოვან ექსპერიმენტებში. მათ აჩვენეს, რომ მათ მიერ განსაზღვრული განსხვავებები გასცდა გაზომვის დასაშვები შეცდომების საზღვრებს. რეფრაქციული ინდექსი იწყებს ზრდას, როდესაც სისქე მცირდება 30 ნმ-დან. 10 ნმ რეგიონში მას აქვს საშუალო მნიშვნელობა 1,65 სხვადასხვა ფილმისთვის. უფრო მეტიც, ვლინდება რეფრაქციული ინდექსის სისქეზე დამოკიდებულების რეგულარული ნიმუში, რაც არ არის დამახასიათებელი შემთხვევითი შეცდომებისთვის. ეს იყო მიზეზი იმისა, რომ აღმოჩენილი ეფექტი ფუნდამენტურ ფენომენად მივიჩნიოთ.

ალბათ ასეთი დასკვნა (დაახლოებით ფუნდამენტური ბუნებადამოკიდებულება) მოცემულია ავტორების მიერ, რადგან მათ ასევე ჩაატარეს ექსპერიმენტები Si3N4 ფილებით, ასევე სილიკონის სუბსტრატზე. ამ ნაშრომმა ასევე გამოავლინა რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულება ფირის სისქეზე. თუმცა, მოგვიანებით გამოჩნდა ნამუშევარი, რომელმაც გადახედა წინა პუბლიკაციების შედეგებს. ნაშრომი განიხილავს იგივე სისტემას: სილიციუმ-ამორფული სილიციუმის დიოქსიდი. ჩატარდა ახალი ექსპერიმენტები და აჩვენეს, რომ ფილმი შეიცავს გარდამავალ ფენას, რომელიც შედგება SiO2 + a-Si ნარევისაგან, რეფრაქციული ინდექსით, რომელიც დამახასიათებელია SiO2-ზე მაღალი. სწორედ ამან გამოიწვია რეფრაქციული ინდექსის სისქეზე დამოკიდებულება.

გარდამავალი ფენის არსებობა, რომელიც შედგება სილიციუმის დიოქსიდის, ამორფული და კრისტალური სილიციუმის ნარევისაგან და საზღვრის ბუნდოვანება (უხეშობის არსებობა) დადასტურდა Si-SiO2 ინტერფეისის შესწავლით. ზოგიერთი ნამუშევარი გვთავაზობს, გარდამავალი ფენის ბუნებაში შესვლის გარეშე, ეფექტური რეფრაქციული ინდექსების გამოყენება ფილმის ოპტიკური პარამეტრების დასადგენად.

მოკლედ, ყველა ზემოაღნიშნული კვლევა ეხებოდა ან ინტერფეისს, ან იდენტიფიცირებულ დამოკიდებულებას ნახსენები იყო მხოლოდ დროებით. საინტერესოა ამ ფენომენის ყოვლისმომცველი შესწავლა. მიღებულ ოპტიკურ შედეგებზე მნიშვნელოვანია ფირის შესაძლო არაჰომოგენურობის გავლენის ხარისხი და ინტერფეისზე გარდამავალი ფენის არსებობა. ამ მიზნით, ამ მოხსენებაში ჩვენ შევისწავლეთ სხვადასხვა სუბსტრატებზე გაზრდილი SiO2 ფილმები. ჩაატარა მიზნობრივი ექსპერიმენტებიკლასიკურ Si-SiO2 სისტემაზე. იმისათვის, რომ გამოირიცხოს Si-SiO2 ურთიერთქმედების გავლენა ინტერფეისზე ნებისმიერი გარდამავალი ფაზის წარმოქმნით (a-Si + SiO^ + SiO2 ნარევები), აუცილებელია ქიმიურად სტაბილური თვისებების მქონე სუბსტრატის პოვნა და SiO2-ზე მინიმალური გავლენის მქონე. ფილმი. კრისტალური კვარცი არის მასალა, რომელიც სტაბილურია გარე გავლენებიასე რომ, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ სუბსტრატი არ ურთიერთქმედებს ფილმთან. უფრო მეტიც, შერწყმული კვარცი კრისტალურ კვარცზე რეალურად არის SiO2-SiO2 სისტემა. და არ უნდა ველოდოთ გარდამავალ ფენას, რომელიც გამოწვეულია უჯერი სილიციუმის ოქსიდის არსებობით, რაც ამცირებს გარდამავალი ფენის გავლენას SiO2 ფილმის რეფრაქციული ინდექსისა და სისქის ერთდროული განსაზღვრის შედეგებზე. გარდა ამისა, კრისტალური კვარცი, ისევე როგორც შერწყმული კვარცი, კარგად არის შესწავლილი და გამჭვირვალე ტალღის სიგრძის დიაპაზონში, შთანთქმის კოეფიციენტი თითქმის ნულის ტოლია.

ელიფსომეტრია

როგორც ცნობილია, როდესაც სინათლე ურთიერთქმედებს კვლევის ობიექტთან, სარკის ანარეკლი, რეფრაქცია, გაფანტვა და პოლარიზაციის მდგომარეობის ცვლილებები. ეს უკანასკნელი ძალიან მგრძნობიარეა შესასწავლი ობიექტის ოპტიკური პარამეტრების ცვლილების მიმართ, რაც ელიფსომეტრიის საფუძველს წარმოადგენს. ელიფსომეტრიაში პოლარიზაციის ელიფსები შედარებულია შესწავლილ სისტემასთან სინათლის ურთიერთქმედების წინ და შემდეგ. ინციდენტის ტალღის ოპტიკურ სისტემასთან ურთიერთქმედების კანონი შეიძლება იყოს მარტივი ხაზოვანი ტრანსფორმაციაამ ტალღის ჯონსის ვექტორი

სადაც Ep, Eev არის რთული ამპლიტუდები სინათლის ტალღის ოპტიკურ სისტემასთან ურთიერთქმედების წინ და შემდეგ, T არის ჯონსის მატრიცა ოპტიკური სისტემისთვის:

ჯონსის მატრიცის Tu ელემენტები ზოგადად არის რთული რიცხვებიდა გამოთქმა (1) ახასიათებს პოლარიზაციის მდგომარეობის ცვლილებას, როდესაც სინათლე ურთიერთქმედებს ნებისმიერ მრავალშრიან ანიზოტროპულ ან იზოტროპულ ოპტიკურ სისტემასთან. ამრეკლავი სისტემისთვის, ჯონსის მატრიცა T შეიძლება შეიცვალოს ასახვის მატრიცით R

აქ, Jarr, არის კომპლექსური ასახვის კოეფიციენტები სინათლის პოლარიზებული დაცემის სიბრტყეში (p-მიმართულება) და მასზე პერპენდიკულარული (5-მიმართულება); Rp5, R5p არის ჯონსის მატრიცის არადიაგონალური ელემენტები, ამრეკლავი სისტემის ანიზოტროპიის გამო. როდესაც აისახება ნებისმიერი მრავალშრიანი იზოტროპული ამრეკლავი სისტემიდან, ჯონსის ასახვის მატრიცის არადიაგონალური ელემენტები Rp5, R5p ნულის ტოლია. გაითვალისწინეთ, რომ პარამეტრი

p = Rpp/Rss = tg T e

არის სიდიდე, რომელიც აღწერს სინათლის პოლარიზაციას იზოტროპული, ზოგადად მრავალშრიანი სისტემიდან ასახვის შემდეგ. კუთხეები T და A, დამახასიათებელი ფარდობითი კოეფიციენტიანარეკლებს ჩვეულებრივ უწოდებენ ამრეკლავი სისტემის პოლარიზაციის კუთხეებს ან ელიფსომეტრულ პარამეტრებს, ხოლო განტოლება (2) არის ელიფსომეტრიის ძირითადი განტოლება. ნიმუშზე სინათლის დაცემის ერთი კუთხით, y, A კუთხეების გაზომვით და განტოლების (2) ამოხსნით, შესაძლებელია

განსაზღვრეთ ამრეკლავი სისტემის ნებისმიერი ორი უცნობი პარამეტრი. მეტი დეტალური ინფორმაციაგვხვდება მონოგრაფიაში.

ნიმუშების და ხელსაწყოების მომზადება ექსპერიმენტებისთვის

დაახლოებით 100 ნმ სისქის SiO2 ფილმები დეპონირებული იყო ერთ პალატაში რამდენიმე სიბრტყის პარალელურად კრისტალურ კვარცის სუბსტრატზე, ოპტიკური ღერძის პარალელურად მოჭრილი და სილიკონის ვაფლზე. კრისტალური კვარცის სუბსტრატები წინასწარ იყო გაპრიალებული და ქიმიურად დამუშავებული სხვადასხვა გზით. ერთ-ერთი კრისტალური კვარცის ნიმუში (ნიმუში No1) საგულდაგულოდ იყო მომზადებული. ფირფიტა იყო მკაცრად სიბრტყე-პარალელური. გაზომვის შედეგებმა აჩვენა, რომ ამ ნიმუშის კონუსური ფორმა არ აღემატება 10 ინჩს. X ღერძის ორიენტაცია (ოპტიკური ღერძის ორიენტაცია ზედაპირთან მიმართებაში) შემოწმდა დრონის რენტგენის დიფრაქციული ინსტალაციის გამოყენებით. დახრის კუთხე იყო 3-ზე ნაკლები". დანარჩენ ორ ნიმუშს (No. 2, No. 3) ჰქონდა სოლი დაახლოებით 1°, ხოლო ოპტიკური ღერძის დახრილობა იყო რამდენიმე გრადუსი გაპრიალების შემდეგ. No1 ნიმუშისგან განსხვავებით, ზედაპირი არ იყო სპეციალურად გაწმენდილი აბრაზიული მასალისგან ფირის წასმამდე.

BATURIN A.S., BORMASHOV V.S., GAVRILENKO V.P., ZABLOTSKY A.V., ZAITSEV S.A., KUZIN A.YU., TODUA P.A., FILIPOV M.N. - 2013 წელი

თხელი ფენების ოპტიკური თვისებები (n,k მნიშვნელობები)

გარდატეხის ინდექსი ერთ-ერთი მთავარი ოპტიკური მახასიათებელია. ის განსაზღვრავს ნივთიერებაში სინათლის ტალღის გავრცელების სიჩქარეს. მისი ცოდნა აუცილებელია ოპტიკაში გამოყენებული მასალებისთვის.

დიელექტრიკებისა და ნახევარგამტარებისგან განსხვავებით, მეტალებში ელექტრონების დიდი რაოდენობა სუსტად არის მიბმული ლითონის ატომებთან და ეს ელექტრონები თავისუფლად ითვლება. თავისუფალი ელექტრონების არსებობა ხსნის ლითონის ზედაპირიდან სინათლის არეკვლის თავისებურებებს. თავისუფალი ელექტრონების იძულებითი ვიბრაციებით გამოწვეული მეორადი ტალღები წარმოქმნის ძლიერ არეკლ ტალღას, რომლის ინტენსივობამ შეიძლება მიაღწიოს ინციდენტის ინტენსივობის 95%-ს (ან უფრო მეტს) და შედარებით სუსტი ტალღა მიედინება ლითონში. ვინაიდან თავისუფალი ელექტრონების სიმკვრივე ძალზე მნიშვნელოვანია (~ 10 22 1 სმ 3-ზე), ლითონის ძალიან თხელი ფენებიც კი ასახავს მათზე შუქის უმეტესობას. სინათლის ენერგიის ის ნაწილი, რომელიც აღწევს ლითონში, შთანთქავს მას.

ამრიგად, ლითონის დამახასიათებელი თვისება, რომელიც შედგება მისი მაღალი არეკვლისგან და გამოიხატება სუფთა ზედაპირის სპეციალური "მეტალის" ბრწყინვალების არსებობით, დაკავშირებულია მის ელექტრულ გამტარობასთან. რაც უფრო მაღალია ელექტრული გამტარობის კოეფიციენტი, მით უფრო მაღალია, ზოგადად, ლითონების არეკვლა.

ლითონის არეკვლის ექსპერიმენტულად მიღებული ცხრილი გაზომილი იყო ჰელიუმ-ნეონის ლაზერის გამოყენებით 600 ნმ ტალღის სიგრძეზე:

მაგრამ მაღალი არეკვლის მნიშვნელობების მიღება შესაძლებელია მხოლოდ ოპტიმალურ პირობებში მიღებული ფილმებისთვის. ასახვის კოეფიციენტზე მოქმედი ფაქტორებია: დეპონირების სიჩქარე, ზეწოლა დეპონირების დროს, დეპონირებული ფირის სისქე, სუბსტრატის ტემპერატურა, ნივთიერების დაცემის კუთხე, აორთქლებული მასალის სისუფთავის ხარისხი და ბოლოს, შედეგად მიღებული საფარის დაბერება ჰაერში.