Soğuran malzeme katkılı ince filmlerin optik özelliklerini belirlemede spektroskopik elipsometre yönteminin uygulanması
Application of spectroscopic ellipsometry method on determining the optical properties of absorbing material doped thin films
Yazar: MEHMET ALİ
Danışman: PROF. DR. AHMET ERDİNÇ ; YRD. DOÇ. DR. GÖKHAN ÖZGÜR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, malzemelerin optik sabitleri ile elipsometre parametreleri arasındaki bağıntı teorik olarak incelendi. Daha sonra, elipsometre parametreleri ve Stokes parametreleri arasındaki ilişki Jones matrisi yöntemi kullanılarak elde edildi. Elipsometre parametrelerinin yığın malzemelerin optik sabitleri ile olan ilişkisi ve ince filmlerin optik sabitleri ve kalınlığı ile olan bağıntısı matematiksel olarak ifade edildi. Ayrıca, malzemelerin optik sabitlerini teorik olarak ifade eden Lorentz, Tauc-Lorentz, Sellmeier, Cauchy, Drude ve Etkin Ortam Yaklaşım modelleri araştırıldı.
Deneysel çalışmada, soğuran malzeme katkılı Si:Ni:O filmler manyetron eş-zamanlı saçtırma yöntemi ile hazırlandı. Bu filmlerdeki silisyum, nikel ve oksijen oranları XPS ve EDX yöntemiyle tespit edildi. Üretilen filmlerin kalınlıkları spektroskopik elipsometre ile ölçüldü. Bu filmlerin optik sabitleri, spektroskopik elipsometreden elde edilen parametrelerin Lorentz yöntemi ile modellenmesinden elde edildi. Buna ek olarak, plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle SiO2 filmler silisyum alttaş üzerinde büyütüldü. Filmin kalınlığı ve optik özellikleri, spektroskopik elipsometre ölçümlerinin Cauchy yöntemi ile modellenmesi ile elde edildi. Tasarladığımız analizör döndürmeli elipsometre sistemi ile bu filmlere ait elipsometre parametreleri 1310 nm dalga boyu için elde edildi. Ölçülen Stokes parametreleri ile elipsometre parametreleri arasındaki bağlantıdan yararlanarak, filmlerin kalınlığı ve optik sabitleri hesaplandı.

Anahtar Kelimeler: Elipsometre,  spektroskopik elipsometre, eş zamanlı saçtırma,    optiksel modeller, soğuran filmler.

Abstract:
In this work, the connection between optical constants of materials and ellipsometer parameters was investigated theoretically. Then, the relationship between ellipsometer parameters and Stokes parameters was obtained using Jones matrix formalism. The relation of ellipsometer parameters to optical constants of bulk materials and to optical constants and thicknesses of thin films were expressed mathematically. Furthermore, the theoretical models for optical constants, which are Lorentz, Tauc-Lorentz, Sellmeier, Cauchy, Drude and Effective Medium Approach, were studied.
In the experimental part, absorbing material doped Si:Ni:O films were prepared by magnetron co-sputtering method. Silicon, nickel and oxygen compositions of the films were determined by XPS and EDX techniques. The thickness of the films was measured by spectroscopic ellipsometer. Optical constants of these films were obtained by Lorentz model using the ellipsometer parameters. In addition, SiO2 films were grown on silicon substrates using plasma enhanced chemical vapor deposition technique. The film thickness and optical constant are calculated by Cauchy model using the spectroscopic ellipsometer measurements. Ellipsometer parameters for these films are acquired using a rotating analyzer ellipsometer system designed for the wavelength of 1310 nm. Film thicknesses and optical constants are calculated using the relationship between Stokes parameters and ellipsometer parameters.
Keywords: Ellipsometer, spectroscopic ellipsometer, co-sputtering, optical models, absorbing films.