Untersuchung der optischen Eigenschaften Probleme Oft ist die
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 1
Problem mit komplexen Parametern >>> Die Reflexionsmessung allein ist nicht ausreichend <<< Lösung: 1. Die Kramers – Kronig Analyse 2. Optische Ellipsometrie 3. Differentielle Reflexionsmessung 2
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 3
Die Kramers – Kronig Analyse Messung des Reflexionsvermögens in einem breiten Energiebereich (Frequenzbereich) 4
Farbentabelle E (e. V) 1 2 (nm) 1240 620 3. 10 2. 76 2. 48 2. 26 2. 07 3 4 5 413 310 248 1. 91 6 15 20 207 124 83 62 1. 77 10 1. 65 (e. V) 5
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 6
Kupfer Reflektivität und dielektrische Konstanten aus der Kramers-Kronig Analyse Die Reflektivität nimmt bei E > 2 e. V ( < 620 nm) ab Am besten wird ein rotes (IR) Licht reflektiert „rote“ Farbe vom Kupfer Dispersionskurve: Modell der freien + gebundenen Elektronen 7
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 8
Optische Ellipsometrie Reflektiertes Licht ist immer teilweise polarisiert 9
Optische Ellipsometrie Einfallendes Licht: eine linear polarisierte Welle … Einfallwinkel Reflektiertes Licht: eine elliptisch polarisierte Welle 10
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 11
Experimentelle Anordnung bei der optischen Ellipsometrie n … Brechungsindex, k … Absorption, … Einfallwinkel der Primärstrahlung, … Phasenverschiebung der linear polarisierten Wellen r … Azimut der reflektierten Welle 12
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 13 kann.
Brechungsindex und dielektrische Konstante n … Brechungsindex 1 … Polarisation k … Absorption 2 … Absorption 14
Differentialreflektometrie Vergleichsmessung an ähnlichen Materialien Untersuchung der Unterschiede in der realen Struktur (Verzerrung, Oxidation, Legierung, …) 15
Differentialreflektometrie Untersuchung von „kritischen Punkten“ im Bänderschema … die erste Ableitung von … die dritte Ableitung von 16
Alloys ED Cu-Zn alloy Change of the color 17
Änderung der optischen Eigenschaften bei der Korrosion Oxidation von Kupfer Cu. O 2 Schicht auf der Oberfläche vom Kupfer Änderung der Farbe 18
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