Ellisometry
-
Ellipsometry에 사용되는 광학부품(4) - Compensator 및 기타 Ellipsometry 부품Ellisometry/Ellisometry 광학부품 2020. 11. 4. 23:43
Compensator 편광상태에 따라 진행파의 위상을 다르게 바꾸는 광학부품으로 'retarder'라고 한다. Quartz, mica, MgF2 등의 복굴절 물질로 만들어지는데 대부분 단축의 결정체로 광축이 판 모양의 retarder의 면과 평행하다. 선편광된 빛이 면에 수직으로 입사할 때 편광의 방향이 광축과 평행할 때와 두 방향에 대한 굴절률이 서로 다르므로, 투과하는 전자기파의 두 성분 역시 다른 속도를 가지게 된다. 따라서 위상변화가 한 쪽이 상대적으로 느려지게 된다. 이런 현상을 'retardation'이라고 부르며, 이 때 굴절률이 큰 방향을 'slow axis', 굴절률이 작은 방향을 'fast axis'라고 한다. 1) Babinet-Soleil Compensator 아래 그림과 같이 광학..
-
Ellipsometry에 사용되는 광학부품(3) - Detector, PolarizerEllisometry/Ellisometry 광학부품 2020. 10. 26. 22:57
Detector 일반적으로 가장 많이 사용되는 Detector는 PMT(photomultiplier)와 silicon detector가 있다. PMT의 경우 진공관 tube의 유리 재질과 광전자를 발생시키는 물질에 따라 그 사용 파장 영역이 제한되는데 보통 100nm에서 1000nm 사이에서 선택하여 사용한다. Detector 선택에 있어 고려해야 할 또 다른 사항은 반응속도인데 ellipsometer의 modulation 속도보다 훨씬 빨라야 파형을 따라잡을 수 있다. - PMT: 민감도가 뛰어나 빛의 밝기가 낮은 경우에도 사용 가능하며, 측정 가능한 파장 범위도 튜브를 바꾸어야 하나 상당히 넓다. 아래의 그림과 같이 PMT는 광전음극, 다이노드, 전극으로 구성되어 있다. 광전음극은 빛을 받으면 광전효..
-
Ellipsometry에 사용되는 광학부품(2) - 분광기Ellisometry/Ellisometry 광학부품 2020. 10. 7. 20:52
1-2. 분광기 물질이 방출 또는 흡수하는 빛의 스펙트럼을 관찰하고 측정하는 장치를 말하며, 좁은 의미로는 전자파를 그 파장의 차이에 따라 분해하고, 그 강도 분포를 측정하는 기구를 가리킨다. 그리고 넓은 의미로는 전자파뿐만 아니라 전자선 등의 입자선의 에너지 분포를 조사하는 분석 장치도 분광기라고 부른다. 분광기의 종류로는 프리즘을 사용한 프리즘 분광기, 회절격자를 사용한 회절격자 분광기, 빛의 간섭을 이용한 간섭 분광기, 필터를 사용한 필터 분광기 등이 있으며 프리즘과 회절격자를 복합 사용한 분광기도 있다. 분광 관측은 별 빛을 파장별로 분산시킬 뿐만 아니라, 분광기 자체에서도 빛이 많이 손실되므로 관측에는 큰 망원경이 필요하다. Ellipsometry에 사용하는 분광기의 경우, 원리는 같으나 사용처..
-
물질의 광학적 성질(2), Ellipsometry 광학부품(1) - 분산모델, 광원Ellisometry/Ellipsometry를 이해하기 위한 물질의 광학적 성질 기초 2020. 10. 4. 17:01
2-3. 유전체와 Cauchy, Sellmeir 모델 유전체의 개념 유전체란 유리 등과 같이 광학적으로 투과나 반사의 측정이 가능한, 유전적 성질을 가진 절연체를 지칭한다. 결국 band 구조가 반도체의 경우와 같이 band gap이 반도체(보통 1eV 근처)보다는 너무 커서 실온에서 전자가 열에너지만으로 interband transition을 하기 힘든 경우를 말한다. Cauchy, Sellmeir 모델 광학에서 Cauchy 모델은 특정 투명 물질에 대한 빛의 굴절률과 파장 사이의 경험적 관계를 나타내는 모델이다. 수학자 아우구스틴루이 카우치(Augustin-Louis Cauchy)의 이름을 따서 1836년에 정의되었다. Cauchy 방정식의 가장 일반적인 형태는 다음과 같이 나타낸다. 여기서 n은 굴..
-
물질의 광학적 성질(1) - 물질의 유전율 및 분산모델Ellisometry/Ellipsometry를 이해하기 위한 물질의 광학적 성질 기초 2020. 10. 3. 16:25
앞서 논의된 굴절률 등의 현상을 이해하기 위해서는 그 밑에 깔려 있는 빛과 물질과의 상호 작용을 이해하여야 한다. 우선 빛에 대한 물질의 반응은 사용하는 빛의 광양자 에너지(또는 파장)에 따라 다르게 나타난다. u-wave근처의 전자기파에 대해서는 물질을 구성하는 분자들의 영구 쌍극자가 반응을 하고, 적외선 영역에서는 이온들의 상대적 움직임에 의한 반응이 일어나고, 자외선이나 가시광선 영역에서는 원자를 구성하고 있는 전자나 유도 쌍극자들의 반응으로 나타난다. 금속과 같은 도체 내부에는 외부 전기장에 따라 자유롭게 움직일 수 있는 자유전자(free electron)가 있는 반면, 절연체라고 부르는 물질 속에는 구속된 전자(Bound electron)들 뿐이다. 이 구속된 전자들 역시 외부 전기장에 의해 영..
-
전자기학 및 광학 기초 이론(4) - 편광의 수학적 표현Ellisometry/Ellipsometry를 위한 물리적 이론 기초 2020. 10. 2. 16:07
편광의 발생 편광되어 있지 않은 빛이 다른 매질의 경계면에서 반사 또는 복굴절 매질을 투과하는 경우에 편광될 수 있다. 그밖에 편광판을 통과시키거나 대기 중의 분자에 의한 산란에 의해서도 편광이 발생한다. 1. 반사에 의한 편광 편광되어 있지 않은 빛이 굴절률 n1인 매질에서 굴절률 n2인 매질로 입사하는 경우에 입사각이 브루스터 각이 되면 반사된 빛은 편광된다. 브루스터 각(또는 편광각)은 스코틀랜드의 물리학자 데이비드 브루스터(David Brewster, 1781년~1868년)에 의해 발견된 현상으로, 빛이 굴절률이 다른 두 매질 사이를 지날 때, 보통 그 경계면에서 반사가 일어난다. 하지만 어떤 편광 상태의 빛이 특정한 입사각으로 입사되면 경계면에서 반사되지 않는데, 이 특정한 입사각이 브루스터 각..
-
전자기학 및 광학 기초 이론(3) - 편광의 개념Ellisometry/Ellipsometry를 위한 물리적 이론 기초 2020. 10. 2. 14:53
빛의 전파, 전자기파 어떤 지점에 위치하고 있는 자유전자를 상하 방향으로 진동하는 운동을 하게 되면, 이 과정에서 상하 방향으로 진동하는 전기장이 발생한다. 또 이 전기장의 시간적 변화 때문에 이 전기장과 수직인 방향으로 진동하는 자기장이 발생한다. 편광의 개념 빛은 전자기파이며 진행 방향에 수직인 임의의 평면에서 전기장의 방향이 일정한 빛을 편광(polarized light)이라고 한다. 이러한 빛의 전기장의 방향으로 편광의 방향(polarization)을 구별한다. 1809년 E. L. 말뤼스가 이 현상을 발견하였다. 말뤼스는 평평한 면에서의 반사광이 편광의 성질을 가진다는 것을 창유리에서 반사된 저녁 햇빛을 방해석을 통해서 보다가 발견하였다. 이러한 빛의 경우에 전기장과 자기장도 서로 수직이므로 전..
-
전자기학 및 광학 기초 이론(2) - 광학 기초Ellisometry/Ellipsometry를 위한 물리적 이론 기초 2020. 9. 29. 22:00
광학의 개요 및 역사 광학은 전자기파의 특성을 연구하는 응용 물리 분야로, 일반적으로 빛이라 부르는 가시광선만 연구했지만 맥스웰에 의해 가시광선이 전자기파의 일종이라는 사실이 드러나자 광학은 전파부터 감마선까지의 모든 영역에 걸친 연구 분야로 발전하기 시작했다. 상당히 오랜 역사를 자랑하는 학문으로, 양자역학, 통계역학, 전자기학, 분광학과 밀접한 관련이 있다. 더 세부적으로 들어가면 기하광학, 파동광학, 분광학, 양자광학, 비선형광학 등이 있다. 기하광학: 맥스웰 방정식에서 광학기기보다 충분히 짧은 파장 대한 근사적인 광학 이론이다. 빛을 빛살로 나타내며, 굴절과 반사 법칙을 이용하여 거울, 렌즈, 프리즘 등의 광학기기의 원리를 설명할 수 있다. 파동광학: 맥스웰 방정식에서 편광을 무시하고 빛이 한 종..
-
전자기학 및 광학 기초 이론(1) - 전자기파와 빛Ellisometry/Ellipsometry를 위한 물리적 이론 기초 2020. 9. 28. 22:52
Ellipsomery의 원리와 분석과정 및 이를 구성하는 광학계를 이해하기 위해서는 광학을 잘 알아야 한다. 광학이란, 빛과 물질과의 상호작용에서 발생하는 현상을 체계화 한 것이다. 그러나 기초적인 광학만으로는 빛의 굴절, 반사 등이 왜 발생하고 굴절률이 파장에 따라 왜 다른지 이해할 수 없는데, 이 부분에 대해서는 전자기학의 도움을 받아야 한다. 1. 전자기파와 빛 빛이란 각종 전자기파 중에서 그 파장 또는 광양자 에너지(Photon Energy) 영역이 광학 영역인 것을 말한다. 분광 Ellipsometry의 경우 대부분 약 1.5eV에서 5.0eV 사이에서 작동하고 있다. 이 영역은 근적외선(near IR), 가시광선(visible range), 그리고 근적외선(near UV) 영역을 포함하게 되며..
-
Ellipsometry 소개 및 역사Ellisometry/Ellipsometry의 역사 및 배경 2020. 9. 22. 22:49
편광된 빛을 시편에 비스듬히 입사시키면 그로부터 반사된 빛은 시편의 특성에 따라 편광상태가 변하게 된다. Ellipsometry는 이 편광상태의 변화를 측정 분석하여 시편의 광학 특성이나 박막 두께 등을 찾아내는 기술이다. 이는 분석용 모델 설정을 위해 시편의 구조나 구성 물질 등에 대한 사전 정보가 필요한 기술이다. 최근의 컴퓨터 기술의 진보로 Ellipsometry 기술은 빠르게 발전했다. 이에 따라 Ellipsometry 적용 영역도 대폭 확대됐다. Ellipsometry에서는 빛을 투과 및 반사되어 나오는 정보를 통해 박막 성장을 포함한 공정 및 그 변화를 실시간으로 관찰할 수 있다. 빛을 사용하여 박막 두께를 측정하는 개념은 상당히 오래되었는데, Brewster가 정유의 얇은 방울, 그리고 비누..