Page suivante
Page précédente
Table des matières
I. Introduction
Il s'agit d'expliquer l'ellipsométrie ; pour comprendre ces explications
il vaut mieux connaître préalablement :
-
La nature ondulatoire de la lumière (cf. [Born
& Wolf]).
-
L'algèbre des matrices et des nombres complexes.
-
Au moins un langage de programmation procédural.
Les ondes lumineuses sont transversales. La caractérisation de
la transversalité des ondes lumineuses s'appelle polarimétrie
ou ellipsométrie. Une lumière parfaitement monochromatique
est forcément complètement polarisée. L'état
de polarisation le plus général est elliptique : on parle
alors d'ellipse de lumière.
Souvent, on appelle ellipsométrie la mesure des épaisseurs
et indices de couches minces : c'est un abus de langage ; en fait, l'ellipsométrie
ou la polarimétrie servent aussi dans de nombreux autres domaines
:
-
Mécanique : mesure de la biréfringence accidentelle et donc
des contraintes ; c'est la photoélasticimétrie.
-
Optique cristalline : caractérisation optique des cristaux de leurs
biréfringences, dichroïsmes et pouvoirs rotatoires.
-
Chimie : mesure de concentration de molécules chirales ; c'est en
particulier la saccharimétrie.
-
Magnétisme : mesure de l'effet Faraday et donc des champs magnétiques.
-
Electricité : mesure des effets Kerr ou Pockels.
Les présentes pages prétendent vulgariser l'instrumentation
ellipsométrique.
La lumière polarisée est décrite avec les matices
de Jones, les paramètres de Stokes, les matrices de Mueller et la
sphère de Poincaré.
Les principes de modélisation des instruments sont expliqués.
La mesure simple de la polarisation lumineuse est d'abord exposée.
Un paragraphe spécial sur les mesures de distance démontre
la très grande précision de l'ellipsométrie.
L'ellipsométrie des couches minces, application majeure, est
particulièrement développée en commençant par
les ellipsomètres à annulation puis en présentant
un ellipsomètre à biréfringent tournant avec un exemple
de programme FORTRAN complet, enfin en exposant des calculs multicouches
avec des algorithmes commentés.
Parmi les ouvrages les plus clairs pour présenter la lumière
polarisée, il faut certainement se procurer la synthèse de
[Shurcliff]
écrite sous la houlette des meilleurs spécialistes américains
des années 1960. L'ouvrage est malheureusement épuisé
et ne se trouve pas dans toutes les bibliothèques, mais certaines
universités américaines offrent des services de reprographie
qui peuvent fournir le document broché comme une thèse.
L'ouvrage de Azzam et Bashara est aussi très
intéressant pour l'ensemble des sujets traités.
En dehors de la bibliographie succincte jointe il existe plusieurs sites
intéressants sur l'ellipsométrie des couches minces dont
celui de l'université
Cornell
(Ellipsometry on the WEB) qui semble malheureusement ne plus être
mis à jour. Le site de la société d'optique SOPRA
offre de belles explications sur l'ellipsométrie, un grand nombre
de fichiers d'indices (n -i*k) de matériaux et des logiciels de
simulation et d'interprétation de spectres Tan(Psi) et Cos(Delta).
La page de D. J. De Smet (http://www.onramp.tuscaloosa.al.us/~ddesmet/bk/closlook.html)
sur les ellipsomètres à annulation donne un point de vue
optique global à base de matrices de Jones qui intègre la
physique de l'interaction lumière-matière sur les échantillons
avec le principe de mesure.
Les premiers programmes sources d'ellipsométrie à avoir
été véritablement publiés sont certainement
ceux du National Bureau of Standards par l'équipe de [McCrackin,
F. L.] ; la version 0.4 des présentes pages ne s'en sert pas,
mais tout le monde apprécierait qu'un contributeur en fasse une
adaptation réactualisée et francophone.
Le but de ces pages est, à terme, d'expliquer comment fabriquer
ou se procurer des ellipsomètres bon marché à base
de logiciels libres. Tous les amateurs, étudiants, universitaires
ou industriels qui voudraient contribuer au projet sont bienvenus : contacter
Aimé
Vareille ou Patrice
Ballet.
[Shurcliff W. A.] Polarized Light, Harvard
University Press, Cambridge, Mass. 1962, 1966.
[Azzam & Bashara] Ellipsometry and Polarized
Light, R.M.A. Azzam et N.M. Bashara, North Holland Publishing Company 1977.
[Born & Wolf] Principles of Optics, Max BORN
and Emil WOLF, Pergamon Press 1975.
[McCrackin, F. L. and J.
P. Colson], A Fortran Program for Analysis of Ellipsometer
Measurements and Calculation of Reflection Coefficients from Thin Films,
(Nat. Bur. Stds.
Technical Note 242, Washington D.C., 1964).
[McCrackin, F. L.], A Fortran Program for Analysis of Ellipsometer
Measurements, (Nat. Bur.
Stds. Tech. Note 479, Washington, D.C., 1969)
La correction de cette page est assurée par Aimé
Vareille
Page suivante
Page
précédente
Table
des matières