Et kompakt metasurface array-baseret system til single-shot spektroskopisk ellipsometri måling
Spektroskopisk ellipsometri er almindeligt anvendt i halvlederbehandling, såsom i fremstillingen af integrerede kredsløb, fladskærmspaneler og solceller. Et konventionelt spektroskopisk ellipsometer, som vist i fig. 1a, modulerer imidlertid typisk polarisationstilstanden via mekanisk rotation af kompensatoren eller analysatoren. Til spektral detektion kræver det enten bølgelængdescanning eller brug af et flerkanalsspektrometer. Det resulterende system er ofte omfangsrigt, komplekst og kræver flere målinger.
I et nyt papir offentliggjort i Light:Science &Applications , et team af videnskabsmænd, ledet af professor Yuanmu Yang fra Tsinghua University, Kina og kolleger har foreslået og eksperimentelt demonstreret et kompakt metasurface array-baseret system til single-shot spektroskopisk ellipsometri måling, som vist i Fig.1b.
Det foreslåede system anvender et siliciumbaseret metasurface-array til at kode det fulde Stokes polarisationsspektrum af lys reflekteret fra den tynde film. Efterfølgende afkodes polarisations- og spektralinformationen baseret på intensitetssignalerne indsamlet af en CMOS-sensor ved hjælp af konvekse optimeringsalgoritmer.
Det kan rekonstruere hele Stokes polarisationsspektrum af den tynde film, som derefter yderligere muliggør bestemmelse af filmtykkelse og brydningsindeks. Denne tilgang forenkler i væsentlig grad konventionelle spektroskopiske ellipsometrisystemer og muliggør målinger af tyndfilmsparameter med enkelt skud.
Skemaet for det metasurface array-baserede spektroskopiske ellipsometer er vist i fig. 2a. Den spektropolarimetriske detektionssektion af ellipsometeret er sammensat af et metasurface-array integreret på en kommerciel CMOS-sensor, hvilket resulterer i et ekstremt kompakt system. Metasurface-arrayet består af 20 × 20 optimerede elementer designet til at understøtte anisotropisk og spektralt forskellig respons, hvilket sikrer nøjagtig rekonstruktion af Stokes' fulde polarisationsspektrum.
I dette arbejde, fem SiO2 tynde film med tykkelser fra 100 nm til 1000 nm aflejret på et siliciumsubstrat blev udvalgt som prøver til test. De tilpassede tykkelser og brydningsindeksspredninger af de testede tynde film matchede nøje sandheden opnået fra et kommercielt spektroskopisk ellipsometer, med fejl på kun 2,16 % og 0,84 % for henholdsvis tykkelses- og brydningsindeksmålinger.
Forskerholdet foreslog og demonstrerede eksperimentelt et metasurface-array til integreret spektroskopisk ellipsometrisystem med enkelt skud. Dette system tillader nøjagtig bestemmelse af tyndfilmtykkelse og brydningsindeks gennem en enkelt måling uden nogen mekaniske bevægelige dele eller dynamiske fasemodulationselementer.
Metasurface-arrayet lover også spektropolarimetrisk billeddannelse, som yderligere kan tillade den ikke-destruktive karakterisering af rumligt inhomogene tynde film.
Flere oplysninger: Shun Wen et al, Metasurface array for single-shot spektroskopisk ellipsometri, Light:Science &Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01396-3
Journaloplysninger: Lys:Videnskab og applikationer
Leveret af Chinese Academy of Sciences
Varme artikler
-
Ensartet tids- og frekvensbillede af ultrahurtig atomisk excitation i stærke felterFig. 1:Udbytte af ophidsede atomer som en funktion af laserintensiteten. Ved en laserintensitet på 200TW/cm², i nærheden af en 6 fotonekanals lukning, en stærk resonansforøgelse af en faktor 100 er -
Anmeldelse diskuterer brug af ikke-lineær optik med struktureret lysKredit:Forsidebillede, Opto-Electronic Advances , bind. 5, nr. 6 (2022) Lys kan skræddersyes, ligesom stof, vævning og syning af et mønster ind i selve lysstoffet. Dette såkaldte strukturerede lys -
Hvordan skoler af mikrosvømmere kan øge deres lastkapacitetKredit:Sebastian Rode, Jens Elgeti &Gerhard Gompper, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons En ny undersøgelse offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve beskriver en måde at øge lastkapaciteten af -
Eksperimenter og beregninger tillader undersøgelse af bor kompliceret dansSkematisk af et boratom. Kredit:Ellen Weiss/Argonne National Laboratory Arbejde åbner en vej til præcise beregninger af strukturen af andre kerner. I en undersøgelse, der kombinerer eksperiment
- Hvordan man opbygger Spaghetti & Marshmallow Tower
- At behandle unge mennesker som kriminelle gør faktisk voldskriminalitet værre
- Innovativt ventiltog sparer 20% mere brændstof
- Smarte mikrorobotter går selvstændigt med elektroniske hjerner
- Mobiltelefonsignaler giver bebyggelsesnumre til bygninger
- Huawei exec:Kinesisk teknologigigant ønsker at være gennemsigtig