Способ определения изменения величины двулучепреломления тонкой пленки

 

Способ заключается в том, что пленку одновременно облучают поглощаемым линейно поляризованным излучением с электрическим вектором индуцирующим двулучепреломление, и непоглощаемым монохроматическим линейно поляризованным излучением с электрическим вектором, меняющим свое направление с частотой f между направлениями II j J Е и синхронно детектируют на частоте f разность пропусканий э поляризациях и . Далее, используя расчетную формулу, вычисляют величину фотоиндуцированного двулучепреломления. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 21/23

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

00 о

Ф ,,О ( (21) 4849741/25 (22) 19.07.90 (46) 07.01.93. Бюл. № 1 (71) Физико-технический институт им.

А,Ф. Иоффе (72) В,M. Любин и В.К. Тихомиров (56) Авторское свидетельство СССР

N1672815,,кл,,G 01 N 21/45, 1990.

Авторское свидетельство СССР ¹ 1099256, кл. G 01 N 21/23, 1984, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ

Изобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано в материаловедении тонких пленок, поляризационной голографии и микроэлектронике, Известен способ определения фотостимулированных изменений коэффициента преломления и толщины тонкой пленки, основанный на том, что воздействие на пленку поглощаемым излучением, вызывающим фотостимулированные изменения, производят одновременно с непоглощаемым излучением выбранной длины волны, Величины фотостимулированных параметров находят путем определения пропускания пленкой непоглощаемого излучения и последующего расчета. Однако этот способ не дает возможности определения фотоиндуцированного двулучепреломления (ФДЛП), „„5U„„1786403 А1 (57) Способ заключается в том, что пленку одновременно облучают поглощаемым линейно поляризованным излучением с электрическим вектором Е, индуцирующим двулучепреломление, и непоглощаемым монохроматическим линейно поляризованным излучением с электрическим вектором, меняющим свое направление с частотой f между направлениями Е Il Е и F ) 6., и синхронно детектируют на частоте f разность пропусканий в поляризациях Nil u

Е 1, Далее, используя расчетную формулу, вычисляют величину фотоиндуцированного двулучепреломления. 2 ил, вызываемого воздействием на пленку поглощаемого излучения.

Наиболее близким к изобретению является способ определения двулучепреломления, в котором исследуемый обьект облучают зондирующим монохроматическим линейно поляризованным излучением, изменяют его состояние поляризации с заданной частотой между двумя ортогональными направлениями Ев и Е i и измеряют пропускание пленки Тв и Т в соотве1ствующих поляризациях. Однако этот способ не дает воэможности определения ФДЛП, вызываемого воздействием на пленку поглощаемого излучения в любой момент воздействия на пленку этого излучения.

Целью изобретения является определение изменения ФДЛП в любой момент времени воздействия на пленку поглощаемогс излучения, 1786403 (Тц — Т ))(т) = K(n — пц) (t), 128n:hn S (n — 1)(n — S ) в1о — 2—

Т

 — Ccosp+D (2) Тц — Т) = K(n i — nii), где г ) - пи — ФДЛП

128ЛЬп S(n — 1)(n — S ) sin

2 2 2 2 4Кпь

2((и 11) (1 Я )+(— 1) (— 5 ) — 2(— 1)(— 5 ) ° 2" ) Цель достигается тем, что по способу определения двулучепреломления в качестве воздействующего на пленку излучения берут поглощаемое линейно поляризованное излучение, а в качестве зондирующего излучения непоглощаемое с электрическим вектором, меняющимся между направлениями, параллельным и перпендикулярным электрическому вектору поглощаемого излучения, воздействие на плекку поглощаемым излучением производят одновременно с непогЛ I(n+1) (n+5 )+(n — 1) (и — 5 ) n, h — коэффициент преломления и толщина пленки соответственно;

Л вЂ” длина волны непоглощаемого излу- 20 чения;

S — коэффициент преломления подложки (S = 1, если пленка свободная).

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

Способ основан на явлении многолуче- 25 вой интерференции света в тонкой пленке.

Как правило, для практических примекений представляют интерес пленки, напыленные на прозрачные подложки.

Рассмотрим случай прозрачной пленки на 30 прозрачной подложке (фиг, 1). Здесь цифрой 1 обозначен воздух с коэффициентом преломления no = 1; 2 — тонкая пленка толщикой h с коэффициентом преломления и; 3толстая подложка с коэффициентом прелом- 35 ления S, Пусть непоглощаемое монохромаконстанта, которую можно вычислить, зная 45 параметры пленки и и h, подложки S и длин ы вол н ы не поглощаемого излучения А.

Здесь n — скалярный коэффициент преломления пленки, неизменный в процессе облучения, n = (п ) — и и)/2. 50

Таким образом, измерив кинетику (Тц— Т )) (с) и зная вычисленкое предварительно К, можно вычислить ФДЛП в любой момент времени воздействия t на пленку поглощаемым излучением.

Необходимость использовать в качестве поглощаемого излучения линейно полялощаемым, а величину изменения двулучепреломления определяют из соотношения где Тц (с), T>(t) — пропускание в момент времени t в поляризациях, параллельной и перпендикулярной электрическому вектору поглощаемого излучения; (и g — nii) (t) — фотоиндуцированное двулучепреломление в момент времени т; — 2(n — 1)(n — S ) cnn j тическое излучение с постоянной длиной волны ), падает на пленку нормально (для упрощения интерференционных формул).

Пропускание Т такой системы описывается известной формулой где А =- 1бп S, В = (n + 1) (n + S2), С = 2(n2—

1) . (n2 S2) р = (и — 1)З (n — 52), p = 4 Л nh

При подстановке в формулу (1) показателей преломления nii и п ), соответствующих непоглощаемым пучкам света с электрическими векторами ) и Е ) соответственно, для разности пропусканий (анизотропии пропускания) Тц — Т i получается выражение в виде риэованное излучение следует из того, что

ФДЛП возникает при облучении только линейно поляризованным излучением, Необходимость испольэовать в качестве непоглощаемого излучения линейно поляризованное излучение следует из определения ФДЛП как разницы коэффициентов преломления для линейно поляризованных пучков света, имеющих электрический вектор 6 ) и Е ), по-разному ориентированный относительно оптической оси пленки, задаваемой направлением электрического вектора Е поглощаемого излучения, 1786403 (Тя — T+)(t) = K(n — пя) (t), 128zchn S(n — 1)(п — S ) sin

g ((n+1) (п+5 )+(n — 1) (и — S ) — 2(п — 1)(n — 5 ) ппп — у — ) n, h — коэффициент преломления и толщина 50 $ — коэффициент преломления подложпленки соответственно; ки пленки.

А — длина волны непоглощаемого излучения;

Регистрация кинетики изменения анизотропии пропускания существенна, так как именно кинетика и величина анизотропии пропускания, как видно из формулы (2), определяются кинетикой и величиной ФДЛП.

Модуляция поляризации непоглощаемого излучения с частотой f и синхронное детектирование анизотропии пропускания на частоте f существенны, так как реальные величины ФДЛП малы (10 ) и, следовательно, анизотропия пропускания также мала (10 ). Поэтому, не используя модуляцию поляризации и синхронное детектирование, зарегистрировать анизотропию пропускания, а следовательно, и

ФДЛП невозможно.

Связь между анизотропией пропускания и ФДЛП, выражаемая соотношением (2), установлена впервые при аппроксимации тонкой пленки интерферометром Фабр и-Перо.

Способ был реализован при определении кинетики ФДЛП в области прозрачности пленки халькогенидного стеклообразного полупроводника состава Аз Из, приготовленной методом высокочастотного ионноплазменного распыления в вакууме, На фиг.

2 (левая ордината) представлен результат эксперимента — кинетика анизотропии пропускания пленкой непоглощаемого монохроматического излучения Не — Ne-лазера (А = 6328 А) при одновременном облучении поглощаемым излучением Ar лазера (А = 488 нм). На этой же фигуре (правая ордината) представлена вычисленная согласно формуле (2) описания кинетика изменения ФДЛП. Для данной пленки h = 2 мкм, n = 2,48. Коэффициент преломления подложки из силикатного стекла p = 1,51.

Значение К равно 5,8. Максимальная величина ФДЛП составила 1,5 10

Способ может найти применение для отбора необходимых сред, использующихся в устройствах для побитовой и голографической записи оптической информации.

5 Формула изобретения

Способ определения изменения величины двулучепреломления тонкой пленки, вызываемого воздействием на пленку поглощаемого излучения, включающий

10 облучение пленки зондирующим монохроматическим линейно поляризованным излучением, изменение его состояния поляризации с заданной частотой между вумя ортогональными направлениями EI(и

15 (и измерение пропускания пленки Тл и

Т ) в соответствующих поляризацих, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью определения изменения двулучепреломления в любой момент времени воздействия, 20 в качестве воздействующего на пленку излучения выбирают линейно поляризованное излучение, а в качестве зондирующего излучения — непоглощаемое с электрическим вектором, меняющимся

25 между направлениями, параллельным и перпендикулярным электрическому вектору поглощаемого излучения, воздействие на пленку поглощаемым излучением производят одновременно с непоглощаемым, а ве30 личину двулучепреломления определяют из соотношения

35 где Т)((t), Т ((t) — пропускание в момент времени t в поляризациях, параллельной и перпендикулярнойй электрическому вектору поглощаемого излучения; (n (.— nп) (t) — фотоиндуцированное

40 двулучепреломление в момент времени t;

1786403

40 H РУГЕ

Составитель В. Тихомиров

Техред М,Моргентал Корректор А.Обручар

Редактор Л, Пигина

Заказ 244 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101