Diseño y construcción de un
elipsómetro para la
caracterización de películas
delgadas
(Películas delgadas, Celdas solares)
Ronald M. Pastor Rodríguez(1), Hilda M. Quispe Abarca(2),
Luis Alberto Montoya Portugal(3), Juan Ernesto Palo Tejada(4)
Departamento Académico de Física, Universidad Nacional de
San Agustín
Av. Independencia s/n, Arequipa
(1) [email protected], (2) [email protected], (3)
[email protected], (4) [email protected]
Contenido
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Introducción
Elipsometría
Método
Resultados
Conclusiones
Introducción
Antecedentes
• Celdas solares experimentales con técnicas de
evaporación para celdas solares
experimentales. Actualmente en reparación.
Estudios Actuales
• Catalizadores con uso de radiación UV y
sensores ópticos UV e IR. Se están explorando
otras técnicas de deposición de películas
delgadas (Dip-coating)
Introducción
Técnicas de caracterización de superficies y películas delgadas
•
Forma: Microscopia óptica, Microscopio de efecto túnel (STM) integrado en un
microscopio electrónico de barrido (SEM), Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM), etc.
•
Estructura: X-ray diffraction (XRD), Elipsometría, Perfilometría, Estudios en UHV de
crecimiento de sistemas bidimensionales por STM y LEED I-V, etc
•
Composición elemental: Espectroscopia de electrones Auger (AES), Analisis de rayos X
por energía dispersiva (EDAX), etc.
•
Propiedades ópticas: Elipsometría, espectrofotometría, etc.
•
Propiedades eléctricas: resistencia - prueba de cuatro puntos, capacitancia, curva I-V,
etc
•
Propiedades magnéticas: efecto Kerr magneto-óptico (MOKE), resonancia
ferromagnética (FMR)
•
Propiedades mecánicas: Nanoindentación, Técnicas electroquímicas (corrosión)
Elipsometría de reflexión
• Se utiliza para determinar las constantes ópticas
(índice de refracción, constantes dieléctricas), el
espesor y la naturaleza de la superficie o
película delgada. Es un método relativamente
simple.
• Esta técnica consiste en analizar el estado de
polarización de la luz reflejada en una muestra.
Es necesario que la luz incidente tenga un
estado de polarización conocido.
Tipos de elipsómetros
• De nulo o extinción
• Fotométricos:
– De una sola longitud de onda
– Espectroscópica
Método
• Elipsómetro de nulo: La señal en el detector es anulada
mediante la manipulación del polarizador y analizador
• El análisis elipsométrico se basa en la
determinación de los ángulos
elipsométricos  y  relacionados con el
cociente de los coeficientes de reflexión
complejos de Fresnel por:
 
rp
rs
 tan   e
i
Resultados
• Elipsómetro de reflexión de tipo nulo
Resultados
• Conformación del haz polarizador
circularmente: Max. variación 7,3 %
Intensidad relativa
1.0
0.8
0.6
0
20
40
Ángulo(º)
60
80
100
Resultados
• Reflexión sobre una placa de vidrio:
Ángulo de incidencia 79,15º
Ángulos en el analizador con presencia de
nulos: 88º y -91º.
Conclusiones
• Fue posible obtener un elipsómetro de reflexión de tipo
nulo con elementos ópticos que comúnmente cuenta un
laboratorio de enseñanza de óptica.
• La estabilidad de la luz láser y de la respuesta del
detector, baja razón ruido señal, proporciona una mayor
fiabilidad en los resultados.
• Aun no se ha establecido la influencia del grado de la no
polarización circular en la obtención de nulos.
• Debido a la reflexión en las diferentes superficies de la
muestra y la divergencia natural del haz se hace
necesario controlar el ensanchamiento del haz para
limitar lecturas de intensidad de luz reflejada
provenientes de un solo “punto” sobre las películas en
estudio.
GRACIAS
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