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Temperatur-Einheit für Woollam-Ellipsometer

Abb. 1a: Ellipsometrische Messungen von Polystyren auf Silizium
Abb. 1a: Ellipsometrische Messungen von Polystyren auf Silizium über mehrere Temperaturzyklen zwischen 50 °C und 140 °C
Schichtdickenänderung
Abb. 1b: Schichtdickenänderung aufgetragen über Temperaturänderung zur Bestimmung von T<sub>g</sub>
Linkam-Temperatureinheit auf M-2000/RC2-Montageadapter
Abb. 2: Linkam-Temperatureinheit auf M-2000/RC2-Montageadapter mit Steuereinheit, N<sub>2</sub>-Dewar und Zubehörkoffer
Linkam-Temperatureinheit integriert in automatisiertes M-2000
Abb. 3: Linkam-Temperatureinheit integriert in automatisiertes M-2000

Im Zeitalter der Dünnschichttech­no­logie müssen Material- und Schicht­eigenschaften nicht nur bei Raumt­em­peratur, sondern auch tem­pe­­ratur­abhängig verstanden werden. So zeigen viele Materialien deutlich ausgeprägte Änderungen in den opti­schen Konstanten als Funktion der Tem­peratur. Dies können z. B. Pha­sen­über­gänge in Halbleitern sein oder, wie bei Vanadiumdioxid (VO2), der Übergang vom Halbleiter zur metallischen Phase, welcher mit drastischen Änderungen in den optischen und elek­tronischen Eigenschaften einhergeht.

Die Glasübergangstemperatur Tg ist eine der wichtigsten Charakteristiken von amorphen und semikristallinen Polymeren, wo abrupte Änderungen der physikalischen Eigenschaften eintreten. Die Ellipsometrie ermöglicht die Bestimmung der Tg von sehr dünnen Filmen. Dazu werden die Schicht­dickenänderungen während mehre­rer Temperaturrampen ermittelt (s. Abb. 1a und b am Beispiel von Poly­styren).

Mittels der Linkam -Temperatureinheit können mit allen Woollam-Systemen wie M-2000, RC2 und VASE, temperaturabhängige Ellip­so­me­triemessungen über einen weiten Bereich von -70 °C bis 600 °C durchgeführt werden. Die Heiz­ein­heit ist ein geschlossenes Sys­tem mit optischen Fenstern für einen Einfallswinkel von 70°. Sie kann aber auch offen und damit bei anderen Einfallswinkeln betrieben werden. Anschlüsse zur Gasspülung sind vorhanden.

Ein im Lieferumfang enthaltener N2-Dewar mit Pumpe sorgt durch flüssigen Stickstoff für eine aktive Kühlung des Systems. Damit können Heiz- und Kühl­zyklen über vordefinierte Re­zep­te automatisch gefahren werden. Die ge­wünschten Temperaturprofile lassen sich schnell und flexibel erzeu­gen. Die Ansteuerung ist komplett in die Ellipsometer-Software integriert. So wird mit jedem Mess­punkt/Mess­spektrum die jeweilige Tem­peratur ab­gespeichert und kann anschließend im Modell als Setz­wert der zugeordneten optischen Kon­stanten bei dieser Temperatur verwendet werden.

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Thomas Wagner
Product Manager - Ellipsometry & Surface Science
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