¿Qué es un elipsómetro?

La elipsometría es una técnica óptica para medir el espesor y las propiedades ópticas de películas o capas extremadamente delgadas de material. Las propiedades medibles son el índice de refracción, o cuánta luz se dobla, y el nivel de absorción de luz, llamado coeficiente de absorción . Un elipsómetro es un dispositivo utilizado para realizar estas mediciones.

Los elipsómetros funcionan al iluminar una fuente de luz bien definida sobre un material y capturar el reflejo. Los elipsómetros modernos usan láseres, típicamente láseres de helio-neón, como fuente. El haz del elipsómetro primero pasa a través de un polarizador para que solo pase la luz orientada en una dirección conocida. Luego pasa a través de un dispositivo llamado compensador, que polariza elípticamente el haz de luz. La luz restante se despide del material en estudio.

El análisis depende de la Ley de Snell; cuando un rayo de luz incide en un material, algunos se reflejarán inmediatamente y otros pasarán al otro lado del material antes de reflejarse. Al medir la diferencia entre las dos reflexiones, se puede determinar el grosor del dispositivo. La luz reflejada también sufre un cambio en la polarización; Este cambio se utiliza para calcular el índice de refracción y el coeficiente de absorción.

Para que un elipsómetro funcione correctamente, el material que se examina debe satisfacer ciertas propiedades físicas. La muestra debe estar compuesta por un pequeño número de capas bien definidas. Las capas deben ser ópticamente homogéneas, tener una estructura molecular idéntica en todas las direcciones y reflejar cantidades significativas de luz. Si se viola alguno de estos requisitos, los procedimientos estándar no funcionarán.

Los elipsómetros son dispositivos extremadamente sensibles, capaces de medir capas tan delgadas como un átomo. Son ampliamente utilizados en la fabricación de semiconductores, donde las capas sucesivas de material se cultivan químicamente una encima de la otra.

La elipsometría no es destructiva; un material medido por un elipsómetro no se ve afectado negativamente por el proceso. Debido a esta característica, el uso de elipsómetros en las ciencias biológicas está aumentando. Los materiales biológicos son mucho menos uniformes que los materiales fabricados, y generalmente no tienen las características físicas necesarias para la elipsometría tradicional. Se han desarrollado nuevas técnicas, como el uso de múltiples elipsómetros dispuestos en diferentes ángulos, para trabajar con dichos materiales.