L’ellipsométrie est une technique optique d’analyse de surface qui permet de déterminer les propriétés optiques des matériaux étudiés, et plus particulièrement l’épaisseur de couches minces et les indices optiques.
Un faisceau lumineux est envoyé sur l’échantillon et la lumière réfléchie est analysée grâce à des modèles paramétrés. À la différence de la plupart des méthodes optiques, qui étudient les variations d’intensité lumineuse, l’ellipsométrie repose sur la mesure de la variation de l’intensité et de l’état de polarisation du signal lumineux réfléchi par l’échantillon.
La technique est non destructive, non invasive, et peut servir, grâce au suivi in situ et en temps réel, d’outil de contrôle pendant les dépôts, gravures ou traitements de l’échantillon.
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Caractéristiques requises pour les matériaux à l’étude :
En pratique, lorsque les conditions sont réunies, on détermine l’épaisseur des couches à 1 nm près et les indices optiques avec une résolution de 5 10-3.
L’étude rend compte du suivi in situ par ellipsométrie spectroscopique du procédé d’élaboration des couches minces de dioxyde de titane et de l’influence des conditions de croissance sur leur structure, morpholgie et propriétés optiques.
Les valeurs d’indices optiques sont déterminées par analyses ellipsométriques des couches minces déposées à basse température par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.
À gauche : empilement schématique des couches utilisé pour décrire le film mince déposé sur le substrat Si.
À droite : l’indice de réfraction de TiO2 (sans inclusions de vide) pour des conditions de dépôt (énergie des ions et modulation de la puissance injectée pour l’activation du plasma) variables, en fonction de l’énergie des photons. Le mode CW est représenté par des lignes pleines et le mode PD par des lignes pointillées.
Les matériaux de mélange TixSi1-xO2, sont des candidats intéressants pour développer de nouvelles applications optiques et électriques.
L’ellipsométrie est utilisée pour déterminer les propriétés optiques de ces matériaux en couches minces, synthétisés par méthode de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Les résultats du calcul sont ensuite confrontés aux résultats expérimentaux.
Comparaison de la bande interdite de Tauc calculée et extraite de l’analyse des mesures ellipsométriques effectuées sur les oxydes mixtes a-TixSi1-xO2, en fonction du paramètre de composition x.
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