Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света
Рассмотрены оптические характеристики сложных многослойных систем на основе кремния. Исследовано влияние структуры поликристаллических пленок с наноразмерными особенностями на характер угловых зависостей коэффициентов отражения Rp и Rs. Показано, что для интерпретации полученных экспериментальных р...
Saved in:
| Published in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76413 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света / О.И. Барчук, К.С. Биленко, А.А. Голобородько, В.Н. Курашов, Е.А. Оберемок, С.Н. Савенков // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 2. — С. 421-431. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859896936622981120 |
|---|---|
| author | Барчук, О.И. Биленко, К.С. Голобородько, А.А. Курашов, В.Н. Оберемок, Е.А. Савенков, С.Н. |
| author_facet | Барчук, О.И. Биленко, К.С. Голобородько, А.А. Курашов, В.Н. Оберемок, Е.А. Савенков, С.Н. |
| citation_txt | Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света / О.И. Барчук, К.С. Биленко, А.А. Голобородько, В.Н. Курашов, Е.А. Оберемок, С.Н. Савенков // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 2. — С. 421-431. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | Рассмотрены оптические характеристики сложных многослойных систем
на основе кремния. Исследовано влияние структуры поликристаллических пленок с наноразмерными особенностями на характер угловых зависостей коэффициентов отражения Rp и Rs. Показано, что для интерпретации полученных экспериментальных результатов во многих случаях
можно использовать модель многократного рассеяния для слоистых
структур. При расчетах необходимо учитывать поглощение в таких средах и усреднение по апертуре фотодетектора. Компьютерное моделирование показало, что наличие на подложке слоя окисла существенно меняет
характер зависимостей для коэффициентов отражения. Наличие дополнительных экстремумов в вышеуказанных зависимостях связано с существованием интерферирующих волн, отраженных от границ с различными показателями преломления для системы воздух—поликристаллическая пленка—окисел—подложка.
Розглянуто оптичні характеристики складних багатошарових систем на
основі кремнію. Досліджено вплив структури полікристалічних плівок з
нанорозмірними особливостями на характер кутових залежностей коефіцієнтів відбивання Rp и Rs. Показано, що для інтерпретації одержаних
експериментальних даних в багатьох випадках доцільно використовувати
модель багаторазового розсіяння для шаруватих структур. При розрахунках необхідно враховувати вбирання в таких середовищах і усереднення
за апертурою фотодетектора. Комп’ютерне моделювання показало, що
наявність на підложжі шару окису якісно змінює характер залежностей
для коефіцієнтів відбивання. Наявність додаткових екстремумів у вищезазначених залежностях пов’язано з існуванням інтерферівних хвиль, що
відбилися від межі з різними показниками заломлення для системи повітря—полікристалічна плівка—окис—підложжя.
Optical characteristics of complex multilayer systems based on Si are studied.Influence of polysilicon-films structure with nanoscale features on behaviour
of angular dependences for reflection coefficients, Rp and Rs, are investigated.
As shown, the multiple-scattering model for multilayered structure could be
used for interpretation of obtained experimental results. Absorption in such
media and averaging over photodetector aperture should be taken into account
at calculation. As shown in computer simulation, the presence of SiO2 layer on
a substrate essentially changes behaviour of reflection-coefficients dependences.
Presence of additional extremums on dependences is conditioned by the
presence of interfering waves, which are reflected from boundaries with different
refractive indexes for the system ‘air—polysilicon film—oxide—silicon—
substrate’.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:55:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
421
PACS numbers: 07.60.Hv, 42.25.Gy,68.35.bg,68.55.J-,68.65.Ac,78.67.Pt, 81.70.Fy
Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические
характеристики отраженного света
О. И. Барчук, К. С. Биленко, А. А. Голобородько, В. Н. Курашов,
Е. А. Оберемок, С. Н. Савенков
Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко,
ул. Владимирская, 60,
01033 Киев, Украина
Рассмотрены оптические характеристики сложных многослойных систем
на основе кремния. Исследовано влияние структуры поликристалличе-
ских пленок с наноразмерными особенностями на характер угловых зави-
симостей коэффициентов отражения Rp и Rs. Показано, что для интерпре-
тации полученных экспериментальных результатов во многих случаях
можно использовать модель многократного рассеяния для слоистых
структур. При расчетах необходимо учитывать поглощение в таких сре-
дах и усреднение по апертуре фотодетектора. Компьютерное моделирова-
ние показало, что наличие на подложке слоя окисла существенно меняет
характер зависимостей для коэффициентов отражения. Наличие допол-
нительных экстремумов в вышеуказанных зависимостях связано с суще-
ствованием интерферирующих волн, отраженных от границ с различны-
ми показателями преломления для системы воздух—поликристалличе-
ская пленка—окисел—подложка.
Розглянуто оптичні характеристики складних багатошарових систем на
основі кремнію. Досліджено вплив структури полікристалічних плівок з
нанорозмірними особливостями на характер кутових залежностей коефі-
цієнтів відбивання Rp и Rs. Показано, що для інтерпретації одержаних
експериментальних даних в багатьох випадках доцільно використовувати
модель багаторазового розсіяння для шаруватих структур. При розраху-
нках необхідно враховувати вбирання в таких середовищах і усереднення
за апертурою фотодетектора. Комп’ютерне моделювання показало, що
наявність на підложжі шару окису якісно змінює характер залежностей
для коефіцієнтів відбивання. Наявність додаткових екстремумів у вище-
зазначених залежностях пов’язано з існуванням інтерферівних хвиль, що
відбилися від межі з різними показниками заломлення для системи пові-
тря—полікристалічна плівка—окис—підложжя.
Optical characteristics of complex multilayer systems based on Si are studied.
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2009, т. 7, № 2, сс. 421—431
© 2009 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
422 О. И. БАРЧУК, К. С. БИЛЕНКО, А. А. ГОЛОБОРОДЬКО и др.
Influence of polysilicon-films structure with nanoscale features on behaviour
of angular dependences for reflection coefficients, Rp and Rs, are investigated.
As shown, the multiple-scattering model for multilayered structure could be
used for interpretation of obtained experimental results. Absorption in such
media and averaging over photodetector aperture should be taken into account
at calculation. As shown in computer simulation, the presence of SiO2 layer on
a substrate essentially changes behaviour of reflection-coefficients depend-
ences. Presence of additional extremums on dependences is conditioned by the
presence of interfering waves, which are reflected from boundaries with dif-
ferent refractive indexes for the system ‘air—polysilicon film—oxide—silicon—
substrate’.
Ключевые слова: пленки поликремния, структура, границы раздела,
коэффициент отражения, Мюллер-поляриметрия.
(Получено 18 декабря 2007 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Для диагностики наноструктурированных пленок и покрытий все
чаще используются оптические методики, несомненным преимуще-
ством которых для таких объектов является измерение макроскопи-
ческих характеристик, определяющих свойства вещества в целом (не
зная точных параметров: состава, структуры, количества слоев и
т.п.). Информативными для этого класса объектов можно считать
спектроскопию [1], обычную и спектральную эллипсометрию [2, 3],
многоугловое рассеяние [4], статистические методы, основанные на
анализе дифракционных картин отраженного света [4—5]. В основу
этих методов положены явления взаимодействия излучения с веще-
ством, и различие в способности отражать или поглощать свет для
различных веществ вытекает из самой их природы. Характер взаи-
модействия электромагнитного излучения с диэлектриками, полу-
проводниками, металлами, а также с магнитными и немагнитными
материалами, определяется величинами ε, μ и σ (диэлектрическая,
магнитная проницаемости и проводимость, соответственно), или оп-
тическими постоянными r, n и k (коэффициентами отражения, пре-
ломления и поглощения, соответственно). Для сплошных сред эти
методики хорошо развиты и широко используются при определении
оптических параметров, давая высокую точность измерений [6—8].
Наноструктурированные материалы характеризуются другими ди-
электрическими и магнитными эффективными постоянными εeff и
μeff, а соответственно, и другими neff и keff, что и позволяет надеяться
на возможность диагностики структур с характерными размерами
порядка нанометров, то есть на порядок меньше длины волны зонди-
рующего излучения.
Еще одно преимущество оптических методов заключается в их
СТРУКТУРА ПОЛИКРЕМНИЕВЫХ ПЛЕНОК И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ423
гибкости по отношению к объекту исследования, позволяя совме-
щать несколько методик одновременно или переходить от одной к
другой, что важно при проведении эксперимента. Оптическую схе-
му легко перестраивать как с точки зрения зондирующей части,
создавая пучки требуемой конфигурации, необходимой апертуры и
поляризации, так и с точки зрения приемной аппаратуры, исполь-
зуя при этом цифровые камеры, фотодиоды, либо другие сенсорные
устройства с требуемой обработкой получаемых данных. Располо-
жение исследуемых образцов также не является критичным, и их
крепление может быть сконфигурировано способом, удобным в экс-
периментальном плане. Перечисленные выше возможности опти-
ческих методик пригодны для измерения, как усредненных вели-
чин, так и локальных характеристик. В первом случае использует-
ся широкий освещающий пучок и измерения интегральных макро-
скопических величин вещества в целом. Во втором – предполага-
ется использование сфокусированного зондирующего излучения в
точку. Сканирование таким пучком поверхности образца обеспечит
поиск особых точек с аномальными свойствами, поскольку элек-
тромагнитная оптическая волна, взаимодействуя со структурой в
аномальной точке, будет, очевидно, иметь другие характеристики,
определяемые отличиями в электронных структурах нанострукту-
рированных объектов. Эти рассуждения также свидетельствуют в
пользу применения оптических методик.
Поликристаллические пленки кремния и многослойные струк-
туры на их основе составляют основу современной микроэлектро-
ники, и их исследование приобретает особое значение при переходе
к нанотехнологиям [7]. Поликремниевые пленки существуют в раз-
ных морфологических модификациях [9, 10], причем характерные
размеры структур при этом становятся порядка нанометров и в за-
висимости от этого их свойства, в частности оптические, могут
иметь некоторые особенности.
Таким образом, исследования, связанные с выявлением особен-
ностей оптических характеристик данных пленок для различных
структурных модификаций, являются актуальными и имеют важ-
ное прикладное значение для создания с помощью современных
технологий материалов с оптимальными свойствами.
2. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
СООТНОШЕНИЯ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Объектами исследования были образцы, которые представляли со-
бой подложку из монокристаллического кремния (100) со слоем
окисла SiO2 толщиной ∼ 0,1 мкм, на который были нанесены поли-
кристаллические пленки. Образцы различались толщинами нане-
сенных пленок (0,5—2 мкм), особенностями их структуры (равноос-
424 О. И. БАРЧУК, К. С. БИЛЕНКО, А. А. ГОЛОБОРОДЬКО и др.
ная, дендритная или волокнистая), размерами зерен (0,3—0,7 мкм),
которые были характерны для той или иной структуры и неодно-
родностями поверхности (7 нм—0,5 мкм), которые были обусловле-
ны характерными размерами структур. Детально о получении раз-
личных структур пленок и измерении их характерных размеров
можно узнать из работ [9, 10].
Напомним, что для диэлектриков и металлов оптические методы
дают надежное измерение толщины пленок на поверхностях и по-
казателей преломления [8], при этом соотношения при нормальном
падении, скользящем угле и при угле Брюстера (а для металлов –
при главном угле) имеют аналитический вид. Существующие при
этом соотношения справедливы и для металлов, и для диэлектри-
ков при введении комплексного показателя преломления, где мни-
мая часть учитывает поглощение среды. При исследованиях полу-
проводниковых материалов необходимо учитывать, что вещество
может вести себя и как металл (наличие свободных зарядов), и как
диэлектрик, поэтому для общности описания их также необходимо
характеризовать комплексным показателем преломления.
Конечно же, прямое использование аналитических выражений
для реально получаемых в эксперименте макроскопических вели-
чин не может быть адекватным и требует методов численного моде-
лирования. Прежде всего, это объясняется тем, что при получении
аналитических выражений ограничиваются лучевым приближени-
ем. Далее используя соотношения Снеллиуса и условия на границе
раздела сред, получаем выражения для коэффициентов отражения
в ортогональных поляризациях. Понятно, что идеализированные
понятия геометрической оптики, когда луч бесконечно тонкий и
точка на границе раздела сред бесконечно малого размера, не соот-
ветствуют действительности. Реальный пучок имеет определенные
размеры, то есть является уже совокупностью геометрических лу-
чей, а после отражения от границы раздела в зависимости от коор-
динаты на исследуемой поверхности (наноструктурированной),
может иметь различные направления векторов распространяющих-
ся лучей (векторов поляризации), что только после усреднения по
апертуре фотодетектора будет соответствовать экспериментально
получаемым зависимостям.
Таким образом, надежность получаемых параметров среды при
решении обратной задачи (нахождении параметров среды по экспе-
риментально полученным оптическим характеристикам) зависит,
во-первых, от выбора адекватной модели среды и взаимодействия
когерентного оптического излучения со средой, во-вторых, от точ-
ности измерения макроскопических величин, а также, от их интер-
претации.
В существующих на данный момент работах [1, 2, 4] хорошо себя
зарекомендовала модель многослойной структуры с различными
СТРУКТУРА ПОЛИКРЕМНИЕВЫХ ПЛЕНОК И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ425
толщинами и эффективными показателями преломления для опи-
сания сред подобного типа, которую мы взяли за основу, дополни-
тельно вводя поглощение среды [11].
Для описания образцов многослойная структура должна вклю-
чать в себя границы раздела с различными показателями прелом-
ления n1, n2, n3, n4 соответствующие следующим средам: воздух,
поликремниевая пленка, SiO2, массивная подложка монокристал-
лического Si(100). За счет разных показателей преломления воз-
можно отражение и преломление оптической волны на каждой из
границ. Учет шероховатости поверхности и промежуточных слоев
может уточнить модель и получить еще 3 границы с эффективными
показателями преломления, которые вычисляются как среднее
взвешенное показателей преломления смежных слоев. Что касает-
ся слоя поликремниевой пленки, его тоже необходимо характери-
зовать эффективным показателем преломления, который соответ-
ствует той или другой морфологии пленки и отличается от коэффи-
циента преломления для монокристаллического Si. Конечно же,
каждый слой такой многослойной структуры имеет определенную
толщину, проходя которую часть преломленной волны поглощает-
ся, другая – проходит в следующий слой, а часть – отражается от
границы и возвращается в тот же самый слой. Учитывая суммар-
ный вклад от каждой границы раздела для перечисленных волн,
можно получить соотношение для суммарной интенсивности света,
отраженного от поверхности образца.
Таким образом, на суммарный результат будут влиять коэффи-
циенты преломления и поглощения, длина оптического пути, фазо-
вые соотношения между ними, которые определяют условия ин-
терференции.
С учетом интерференционных явлений после прохождения каж-
дой границы (рис. 1), поглощения в каждом слое, а также усредне-
ния по апертуре на основании электромагнитной теории света, на-
ми получены приведенные ниже выражения для комплексных ам-
плитуд отраженной и преломленной волн в терминах макроскопи-
ческих оптических характеристик таких структур.
В случае использования оптического излучения от диэлектри-
ческой и магнитной проницаемости можно перейти к описанию
взаимодействия света с такой структурой с помощью комплекс-
ного показателя преломления
Re Imn n jn= + , (1)
где nRe, nIm – показатели преломления и поглощения, соответст-
венно.
С использованием соотношений Френеля амплитуды отражен-
ных s и p компонент могут быть записаны в виде:
426 О. И. БАРЧУК, К. С. БИЛЕНКО, А. А. ГОЛОБОРОДЬКО и др.
2
cos
2
cos
2
0,1 1, 1, 0 0
1 1
2
0,1 1, 1, 0
0
1 1
,
,
dk
tk
dk
tk
iN jN k k i i
p p p p p p p
i k
iN jN k k i i
s s s s s s
i k
E r t e r E R E
E r t e r E R E
π
λ φ
π
λ φ
− −
= =
− −
= =
⎛ ⎞⎛ ⎞= + =⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠
⎛ ⎞⎛ ⎞= + =⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠
∑∏
∑∏
(2)
где
1,i ir −
и
1,i it −
– комплексные коэффициенты отражения и про-
пускания на границе между (і − 1)- и і-тым слоями; λ – длина вол-
ны; di – толщина і-того слоя; ϕt – угол падения на границу 1,i i− ;
R – приведенный комплексный коэффициент отражения, который
может быть записан в следующем виде:
2
cos
2
0,1 1, 1,
1 1
dk
tk
iN jk k i i
i k
R r t e r
π
λ φ− −
= =
⎛ ⎞= + ⎜ ⎟
⎝ ⎠
∑∏ . (3)
Видно, что в приведенный коэффициент отражения входит фазо-
вый множитель, который отвечает набегу фазы при распростране-
n
0
n
1
n
2
d
1 ϕ
t
ϕ
i
ϕ
r
Рис. 1. Схематические изображения отражения света от многослойной
структуры.
а б
Рис. 2. Зависимости коэффициентов отражения р (a) и s (б) компонент
от толщины промежутка SiO2 для границы воздух—SiO2—Si.
СТРУКТУРА ПОЛИКРЕМНИЕВЫХ ПЛЕНОК И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ427
нии волны в многослойной среде. Это, в свою очередь, доказывает
возможность появления интерференционных явлений и проявляет-
ся в виде осцилляций угловых зависимостей коэффициента отра-
жения. Примеры таких осцилляций показаны на рис. 2. Естествен-
но, при увеличении толщины слоя окисла количество осцилляций
растет. Добавочный слой поликремния на поверхности окисла мо-
жет повлиять на ход зависимостей и сделать их непредсказуемыми.
При этом можно ожидать, что каждый набор угловых зависимостей
однозначно определяется типом многослойной структуры.
Угловую зависимость эллипсометрического угла p sR RΔ = мож-
но использовать для определения ширины каждого из слоев, по-
скольку ширина di фигурирует лишь в экспоненте (3).
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Для измерения ортогональных компонент Rp и Rs в реальном экспе-
рименте был использован метод, использующий временную моду-
ляцию поляризации, что позволяло варьировать азимут и фазовый
сдвиг эллипса поляризации в зондирующем пучке. В общем случае
устройство позволяет измерять элементы матрицы Мюллера и по-
лучать полную информацию о поляризационной структуре иссле-
дуемого излучения (рис. 3) [12, 13]. Напомним, что матрица Мюл-
лера связывает между собой состояния поляризации излучения,
представленного вектором Стокса S до и после взаимодействия с ис-
следуемым объектом:
out in= ⋅S М S , (4)
11 12 13 14
21 22 23 24in(out)
31 32 33 34
41 42 43 44
cos(2 ) cos(2 )
; ,
sin(2 ) cos(2 )
sin(2 )
m m m mI
m m m mIP
m m m mIP
m m m mIP
⎡ ⎤⎡ ⎤
⎢ ⎥⎢ ⎥θ ε ⎢ ⎥⎢ ⎥= =
⎢ ⎥⎢ ⎥θ ε
⎢ ⎥⎢ ⎥ε⎣ ⎦ ⎣ ⎦
S M (5)
где in(out)S – вектора Стокса до и после взаимодействия со средой;
I – интенсивность излучения; P – степень поляризации; θ, ε –
азимут и угол эллиптичности эллипса поляризации. Естественно,
можно было ограничиться измерением Rp и Rs, но нас интересо-
вали все поляризационные характеристики, на которые могли бы
повлиять морфологические особенности исследуемых образцов.
Схема используемого поляриметра (рис. 3) состоит из двух кана-
лов: зондирующего и приемного. Канал зондирования, в свою оче-
редь, состоит из следующих элементов: источника электромагнит-
ного излучения с изотропной поляризацией (ОКГ), идеального по-
428 О. И. БАРЧУК, К. С. БИЛЕНКО, А. А. ГОЛОБОРОДЬКО и др.
ляризатора (П) и пластинки 4/λ (ФП1) с контролируемым азиму-
тальным углом поворота. Приемный канал состоит из пластинки
4/λ (ФП2), которая постоянно вращается, анализатора (A) и фото-
детектора (ФД). Фурье-преобразование полученного сигнала дает
амплитуды определенных гармоник, которые пропорциональны
компонентам вектора Стокса. Ошибка определения элементов мат-
рицы Мюллера составляла 2%.
Измерение матриц Мюллера проводилось для зеркального отра-
жения лазерного излучения с апертурой освещающего пучка 2 мм
при различных углах падения на исследуемый образец. Предвари-
тельно была проведена калибровка установки на сплошных средах с
известными показателями преломления (массивных образцах крем-
ния и стекла) и показала хорошее совпадение экспериментально по-
лученных данных с результатами численного моделирования. После
калибровочных измерений на тестовом образце с нанесенной плен-
кой аморфного кремния оказалось, что существенно отличающими-
ся от соответствующих элементов матрицы Мюллера для подложки
кремния были элементы m11, m34 (m43). Величина элемента m11 ото-
бражает часть отраженного света при единичной интенсивности
входного пучка, что соответствует в определенном пересчете коэф-
фициентам отражения при углах близких к нормальному падению.
Элементы m34 (m43) отображают изменение эллиптичности поляриза-
ции (т.е. различие коэффициентов передачи для ортогональных
компонент электрического вектора), что также может быть отражено
в величинах Rp и Rs. Единственной величиной, которую мы теряем,
Ω
ÏÊ
ÎÊÃ
Ï ÔÏ1
λ/4
ÔÏ2
λ/4
A
ϕ
ÔÄ
Îáúåêò
Çåðêàëüíîå
îòðàæåíèå
Рис. 3. Блок-схема установки для исследований поляризационных харак-
теристик. ОКГ – источник излучения (He—Ne-лазер, λ = 0,63 мкм); П,
ФП1 – поляризатор и четвертьволновая фазовая пластинка (образуют
управляемый генератор поляризации излучения); О – объект исследова-
ния; А, ФП2 – анализатор и фазовая пластинка; ФД – фотодетектор, ПК
– персональный компьютер.
СТРУКТУРА ПОЛИКРЕМНИЕВЫХ ПЛЕНОК И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ429
измеряя Rp и Rs, является начальная величина фазового сдвига меж-
ду компонентами, вносимая фазовой пластинкой.
Результаты измерений и расчетов представлены на рис. 4, а, б, в, г)
для разных типов поликристаллических пленок кремния на кремнии.
Аморфный кремний является изотропным веществом. Поэтому
можно предположить, что образованные пленки на одинаковой
подложке не будут существенно отличаться с точки зрения поляри-
зационных характеристик. Ход зависимостей коэффициентов от-
ражения для пленки аморфного кремния (см. рис. 4, а) не отличает-
ся от аналогичных, полученных для сплошных сред, имея при этом
exp
exp
exp
exp
а б
exp
exp
exp
exp
в г
Рис. 4. Угловые зависимости коэффициентов отражения s и p компонент
для структуры: воздух—poli-Si пленки различной структуры и толщины d
(а—г) – SiO2(толщина 0,1 мкм) – кремниевая подложка. (а – аморфная
пленка d = 0,7 мкм; б – равноосная пленка d = 0,75 мкм; в – равноосная
пленка d = 0,2 мкм; г – волокнистая пленка d = 2мкм)
430 О. И. БАРЧУК, К. С. БИЛЕНКО, А. А. ГОЛОБОРОДЬКО и др.
другие параметры (Rp и Rs при нормальном угле падения, и смеще-
ние положения угла Брюстера).
На рисунке 4, б, в, г аналогичные зависимости приведены для
поликремниевых пленок с равноосными структурами, но различ-
ной толщины рис. 4, б, в, и для волокнистой пленки рис. 4, г. Для
дендритной пленки зависимости аналогичны равноосным структу-
рам с мелким размером зерен, и здесь не приводятся. Характер за-
висимостей существенно отличается во всех случаях. Как видно из
рис. 4 результаты численного моделирования хорошо совпадают с
экспериментальными зависимостями для случаев рис. 4, а, г и со-
гласуются только на малых углах падения рис. 4, в, г, что свиде-
тельствует о необходимости учета дополнительных слоев.
4. ВЫВОДЫ
Влияние структур поликремниевых пленок на поляризационные ха-
рактеристики отраженного от их поверхности когерентного излуче-
ния существенно, и дает дополнительную информацию (хотя и кос-
венно) об электронных взаимодействиях, определяющих эту струк-
туру. Оптические исследования являются информативным направ-
лением в применении к сложным многослойным структурам на ос-
нове кремния.
Предварительные результаты компьютерного моделирования по-
казали во многих случаях совпадение экспериментальных данных с
рассчитанными для различных структур на основе кремния. Анализ
данных показал, что зондирование в одном направлении для разных
объектов не может однозначно характеризовать ту или иную струк-
туру поликремниевой пленки. Характер угловых зависимостей от-
личается для сплошных сред и сред с нанесением пленок разной
структуры.
Получение более детальной количественной информации о тол-
щинах пленок, их структуре, ее характерных размерах, оценки по-
ристости требует детальных тестовых исследований с привлечени-
ем стандартизованных объектов.
Развитие вышеизложенной методики в применении к композит-
ным материалам можно считать перспективным для получения
макроскопических характеристик, описывающих свойства иссле-
дуемых материалов в целом.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Л. П. Кузнецова, А. И. Ефимова, Л. А. Осминкина, Л. А. Головань, В. Ю.
Тимошенко, П. К. Кашкаров, ФТТ, 44, № 5: 780 (2002).
2. А. И. Беляева, А. А. Галуза, С. Н. Коломиец, Физика и техника полупро-
водников, 38, № 9: 1050 (2004).
СТРУКТУРА ПОЛИКРЕМНИЕВЫХ ПЛЕНОК И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ431
3. S. C. Russev, J. P. Drolet, and D. Ducharme, Appl. Opt., 37, No. 25: 5912
(1998).
4. J. J. Chang, T. E. Hsieh, Y. L. Wang, W. T. Tseng, C. P. Liu, and C. Y. Lan,
Thin Solid Films, 472: 164 (2005).
5. V. A. Sterligov, Yu. V. Subbota, Yu. Shirshov, L. P. Pochekaylova, Eu. F.
Venger, R. V. Konakova, and I. Yu. Ilyin, Appl. Opt., 38, No. 12: 2666 (1999).
6. М. Борн, Э. Вольф, Основы оптики (Москва: Мир: 1970).
7. Д. И. Биленко, В. П. Полянская, М. А. Гецьман, Д. А. Горин, А. А. Невеш-
кин, А. М. Ященок, ЖTФ, 75, № 6: 69 (2005).
8. D. Beaglehol, J. Opt. Soc. Am. A, 8, No. 2: 311 (1991).
9. N. G. Nakhodkin and T. V. Rodionova, Phys. Stat. Sol. (a), 123, No. 2: 431
(1991).
10. Н. Г. Находкин, Н. П. Кулиш, П. М. Литвин, Т. В. Родионова, Наносисте-
мы, наноматериалы, нанотехнологии, 2, № 3: 793 (2004).
11. О. І. Барчук, Є. А. Оберемок, Т. В. Родіонова, С. М. Савенков, Київ. унів.
Радіофізика, 2: 211 (2007).
12. S. N. Savenkov, Optical Engineering, 41, No. 5: 965 (2002).
13. В. В. Марьенко, С. Н. Савенков, Оптика и спектроскопия, 76, № 1: 102 (1994).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76413 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:55:07Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Барчук, О.И. Биленко, К.С. Голобородько, А.А. Курашов, В.Н. Оберемок, Е.А. Савенков, С.Н. 2015-02-10T12:15:31Z 2015-02-10T12:15:31Z 2009 Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света / О.И. Барчук, К.С. Биленко, А.А. Голобородько, В.Н. Курашов, Е.А. Оберемок, С.Н. Савенков // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 2. — С. 421-431. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1816-5230 PACS numbers: 07.60.Hv,42.25.Gy,68.35.bg,68.55.J-,68.65.Ac,78.67.Pt,81.70.Fy https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76413 Рассмотрены оптические характеристики сложных многослойных систем на основе кремния. Исследовано влияние структуры поликристаллических пленок с наноразмерными особенностями на характер угловых зависостей коэффициентов отражения Rp и Rs. Показано, что для интерпретации полученных экспериментальных результатов во многих случаях можно использовать модель многократного рассеяния для слоистых структур. При расчетах необходимо учитывать поглощение в таких средах и усреднение по апертуре фотодетектора. Компьютерное моделирование показало, что наличие на подложке слоя окисла существенно меняет характер зависимостей для коэффициентов отражения. Наличие дополнительных экстремумов в вышеуказанных зависимостях связано с существованием интерферирующих волн, отраженных от границ с различными показателями преломления для системы воздух—поликристаллическая пленка—окисел—подложка. Розглянуто оптичні характеристики складних багатошарових систем на основі кремнію. Досліджено вплив структури полікристалічних плівок з нанорозмірними особливостями на характер кутових залежностей коефіцієнтів відбивання Rp и Rs. Показано, що для інтерпретації одержаних експериментальних даних в багатьох випадках доцільно використовувати модель багаторазового розсіяння для шаруватих структур. При розрахунках необхідно враховувати вбирання в таких середовищах і усереднення за апертурою фотодетектора. Комп’ютерне моделювання показало, що наявність на підложжі шару окису якісно змінює характер залежностей для коефіцієнтів відбивання. Наявність додаткових екстремумів у вищезазначених залежностях пов’язано з існуванням інтерферівних хвиль, що відбилися від межі з різними показниками заломлення для системи повітря—полікристалічна плівка—окис—підложжя. Optical characteristics of complex multilayer systems based on Si are studied.Influence of polysilicon-films structure with nanoscale features on behaviour of angular dependences for reflection coefficients, Rp and Rs, are investigated. As shown, the multiple-scattering model for multilayered structure could be used for interpretation of obtained experimental results. Absorption in such media and averaging over photodetector aperture should be taken into account at calculation. As shown in computer simulation, the presence of SiO2 layer on a substrate essentially changes behaviour of reflection-coefficients dependences. Presence of additional extremums on dependences is conditioned by the presence of interfering waves, which are reflected from boundaries with different refractive indexes for the system ‘air—polysilicon film—oxide—silicon— substrate’. uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света Impact of Polysilicon Films Structure on Optical Characteristics of Reflected Light Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света Барчук, О.И. Биленко, К.С. Голобородько, А.А. Курашов, В.Н. Оберемок, Е.А. Савенков, С.Н. |
| title | Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света |
| title_alt | Impact of Polysilicon Films Structure on Optical Characteristics of Reflected Light |
| title_full | Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света |
| title_fullStr | Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света |
| title_full_unstemmed | Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света |
| title_short | Влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света |
| title_sort | влияние структуры поликремниевых пленок на оптические характеристики отраженного света |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76413 |
| work_keys_str_mv | AT barčukoi vliâniestrukturypolikremnievyhplenoknaoptičeskieharakteristikiotražennogosveta AT bilenkoks vliâniestrukturypolikremnievyhplenoknaoptičeskieharakteristikiotražennogosveta AT goloborodʹkoaa vliâniestrukturypolikremnievyhplenoknaoptičeskieharakteristikiotražennogosveta AT kurašovvn vliâniestrukturypolikremnievyhplenoknaoptičeskieharakteristikiotražennogosveta AT oberemokea vliâniestrukturypolikremnievyhplenoknaoptičeskieharakteristikiotražennogosveta AT savenkovsn vliâniestrukturypolikremnievyhplenoknaoptičeskieharakteristikiotražennogosveta AT barčukoi impactofpolysiliconfilmsstructureonopticalcharacteristicsofreflectedlight AT bilenkoks impactofpolysiliconfilmsstructureonopticalcharacteristicsofreflectedlight AT goloborodʹkoaa impactofpolysiliconfilmsstructureonopticalcharacteristicsofreflectedlight AT kurašovvn impactofpolysiliconfilmsstructureonopticalcharacteristicsofreflectedlight AT oberemokea impactofpolysiliconfilmsstructureonopticalcharacteristicsofreflectedlight AT savenkovsn impactofpolysiliconfilmsstructureonopticalcharacteristicsofreflectedlight |