Untersuchung der optischen Eigenschaften Probleme: Oft ist die Eindringtiefe des Lichtes sehr klein (Metalle)  Oberflächensensitive Messung Einfluss: Des Oxidationszustandes, der Verzerrung, der Adsorption, … auf die gemessenen optischen Eigenschaften der Werkstoffe n, k … Brechungsindex und Dämpfung 1, 2 … Polarisation und Absorption

Problem mit komplexen Parametern >>> Die Reflexionsmessung allein ist nicht ausreichend <<< Lösung: Die Kramers – Kronig Analyse Optische Ellipsometrie Differentielle Reflexionsmessung

Die Kramers – Kronig Analyse Zusammenhang zwischen dem realen und dem imaginären Teil einer komplexen Größe Zusammenhang zwischen dem realen Teil der Reflektivität und dem Phasenverschiebung

Die Kramers – Kronig Analyse Messung des Reflexionsvermögens in einem breiten Energiebereich (Frequenzbereich)

Farbentabelle E (eV) 1 2 3 4 5 6 10 15 20  (nm) 1240 620 413 310 248 207 124 83 62 3.10 2.76 2.48 2.26 2.07 1.91 1.77 1.65 (eV)

Silber Reflektivität und dielektrische Konstanten aus der Kramers-Kronig Analyse Das Reflexionsvermögen ist ≈ 1 im ganzen sichtbaren Wellenlängenbereich Weißes Licht wird als weißes Licht reflektiert Dispersionskurve: Modell der freien + gebundenen Elektronen

Kupfer Reflektivität und dielektrische Konstanten aus der Kramers-Kronig Analyse Die Reflektivität nimmt bei E > 2 eV ( < 620 nm) ab Am besten wird ein rotes (IR) Licht reflektiert  „rote“ Farbe vom Kupfer Dispersionskurve: Modell der freien + gebundenen Elektronen

Aluminium Reflektivität und dielektrische Konstanten aus der Kramers-Kronig Analyse Das Reflexionsvermögen ist ungefähr konstant (≈ 90%) im ganzen sichtbaren Wellenlängenbereich Weißes Licht wird als weißes Licht reflektiert Dispersionskurve: Modell der freien + gebundenen Elektronen

Optische Ellipsometrie Reflektiertes Licht ist immer teilweise polarisiert

Optische Ellipsometrie Einfallendes Licht: eine linear polarisierte Welle  … Einfallwinkel Reflektiertes Licht: eine elliptisch polarisierte Welle

Elliptische Polarisation einer fortlaufenden Welle Eine elliptisch polarisierte Welle kann in zwei linear polarisierte Wellen zerlegt werden.  … Phasenverschiebung der zwei linear polarisierten Wellen, die eine elliptisch polarisierte Welle beschreiben

Experimentelle Anordnung bei der optischen Ellipsometrie n … Brechungsindex, k … Absorption,  … Einfallwinkel der Primärstrahlung,  … Phasenverschiebung der linear polarisierten Wellen r … Azimut der reflektierten Welle

Messung von  und r Kompensator: Messung der Phasenverschiebung . Die Dicke des Kompensators wird so eingestellt, dass die Phasenverschiebung nach dem Kompensator gleich null ist  eine linear polarisierte Welle. Analysator: Messung des Winkels r. Der Analysator wird so lange gedreht, bis ihn das linear polarisierte Licht nicht passieren kann.

Brechungsindex und dielektrische Konstante n … Brechungsindex k … Absorption 1 … Polarisation 2 … Absorption

Differentialreflektometrie Vergleichsmessung an ähnlichen Materialien Untersuchung der Unterschiede in der realen Struktur (Verzerrung, Oxidation, Legierung, …)

Differentialreflektometrie Untersuchung von „kritischen Punkten“ im Bänderschema … die erste Ableitung von  … die dritte Ableitung von 

Alloys ED Cu-Zn alloy Change of the color

Änderung der optischen Eigenschaften bei der Korrosion Oxidation von Kupfer CuO2 Schicht auf der Oberfläche vom Kupfer Änderung der Farbe