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设计的电化学电解池对电极表面产生的变化进行监测,得到生成物质的光学常数、厚度等信息。目前在电化学薄膜生长、生物领域蛋白质等大分子吸附方面的在位椭偏仪监测,是通过构建光学层状模型,通常利用有效介质模型(EMA)来解构材料的生长过程。椭偏仪在位监控电化学沉积过程,包括单波长与多波长扫描两种方式。单波长椭偏仪在位监测原理是利用椭偏仪测试得到的材料生长过程中的椭偏参数Psi和Delta(Δ)值随时间(t)的变化,再通过有效介质模型设定生长层材料的体积比f,从而得到生长层的复合n,k值随着t变化的曲线,从而解析出电化学沉积过程中的成核和生长。因此电化学沉积过程中的生长解构,主要是通过建立生长层的光学模型 ...
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(四)-电化学沉积及原理2.电化学沉积电化学沉积是半导体薄膜沉积和微电子制备铜互连的重要制备方法。而在沉积过程中的成核和生长对于半导体薄膜和铜互连的性质非常重要,椭偏仪在位监测提供一种实时监控薄膜沉积的方法。但是椭偏仪在位监测受到光路设计,实验装置,固液界面以及光谱解析的影响,构建其监测系统是一个挑战。实验室前期对电化学沉积Cu2O薄膜进行了系统的研究,发现其沉积与沉积电压、溶液温度和pH值等密切相关。本文以电化学沉积Cu2O薄膜为例,从而在实验室构建椭偏仪在位监控电化学沉积系统。不同于真空薄膜生长,电化学沉积生长过程涉及到溶液层和固液界面,导致其在位监测是一 ...
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(三)-应用案例1.3应用案例椭偏仪在位监测已经广泛应用于薄膜生长、颗粒和生物大分子的吸附等领域。下面介绍一下椭偏仪在位监测在薄膜生长和颗粒方面的案例。1.3.1薄膜生长椭偏仪对厚度的无损测量使其可实现薄膜生长的实时监控。而不同时间生长时间其薄膜的性质及厚度不同,这样需要构建不同厚度的多层膜结构,从而实现在位监控,得到薄膜生长厚度随时间的变化信息。比如F.N.Dultsev等采用椭偏仪研究了沉积在硅表面的钛基体氮化机理、Yuki Ishikawa等采用原位椭偏仪研究了离子液体薄膜的玻璃化转变行为,Meng Yuan等提出了一种简便、无损伤的在位椭圆偏振法来监测 ...
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(二)-在位监控原理1.椭偏仪的在位监控半导体工艺比如CMOS的制作过程,会涉及到结构或者厚度的监控。例如在光刻前后,或者沉积与腐蚀过程,需要控制薄膜的厚度。而椭偏谱可以快速且无损伤进行测量,并且其测试精度可以达到原子级别,因此广泛应用于半导体制备工艺的在位监控中。比如,典型的32nmCMOS制做过程中大概会需要100次厚度的测试控制,而其中就有80次厚度测试需要利用椭偏谱对其厚度进行监控。通常要解构薄膜的厚度,会涉及到有效介质模型近似和Drude+Lorentz Oscillator模型的使用。利用椭偏仪不仅可以得到厚度信息,还可以得到薄膜的光学性质等信息, ...
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(一)-基本原理利用椭偏仪可以精确测量薄膜的厚度和光学常数,其测量原理基于不同偏振光(S,P)与材料的作用。如图1-1所示的单层薄膜模型中,所测的薄膜在衬底上,zui上层为空气,薄膜两侧介质都是半无限大,且薄膜上下表面皆是理想光滑表面,三种介质皆为均匀、各向同性介质。在实际测量过程中,单层模型的三种介质通常指的是空气、待测薄膜和基底。图1-1 光波在多层膜上的反射与透射光波在单层膜上的反射和透射示意图如图1-1所示。定义入射光波矢量E在垂直于入射面上的分量为P光,在入射面上的分量为S光。由折射定律及菲涅耳定律知、、的关系为:上述式子中,n1是空气的折射率(1. ...
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