La elipsometría es una técnica óptica que mide el cambio en el estado de polarización de la luz reflejada desde una superficie. Es el método principal para determinar el espesor y las constantes ópticas de películas delgadas, con sensibilidad de hasta menos de un angstrom para películas de alta calidad.
La técnica mide dos parámetros: psi (Ψ) y delta (Δ). Ψ es la relación de amplitudes de los componentes polarizados p y s de la luz reflejada. Δ es la diferencia de fase entre ellos. Estos parámetros están relacionados con los coeficientes de reflexión de Fresnel, que dependen del ángulo de incidencia, la longitud de onda de la luz, las constantes ópticas del sustrato y la película, y el espesor de la película.
La elipsometría espectroscópica mide Ψ y Δ en un rango de longitudes de onda, típicamente desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Múltiples longitudes de onda proporcionan suficiente información para determinar simultáneamente tanto el espesor como las constantes ópticas. La elipsometría espectroscópica de ángulo variable añade datos angulares para estructuras multicapa complejas.
El análisis de datos requiere un modelo óptico de la estructura de la muestra y un procedimiento de regresión para ajustar los Ψ y Δ calculados a los valores medidos. El algoritmo de Levenberg-Marquardt minimiza el error cuadrático medio. El modelo incluye el número de capas, su composición aproximada y las constantes ópticas parametrizadas por fórmulas de dispersión. El modelo de Cauchy describe materiales transparentes. El modelo de Tauc-Lorentz describe semiconductores amorfos. El modelo de Drude describe metales.
La elipsometría se utiliza extensamente en la industria de semiconductores para medir el espesor de óxido de compuerta, el espesor de capas de fotorresistencia y dimensiones críticas. En investigación de materiales, caracteriza películas delgadas orgánicas, monocapas autoensambladas, recubrimientos de polímeros y materiales 2D. En biología y medicina, la elipsometría mide la adsorción de proteínas en superficies, la formación de biopelículas y la adhesión celular. La elipsometría de imagen proporciona mapeo espacial del espesor de película con resolución lateral micrométrica.
La elipsometría in situ monitorea el crecimiento de películas en tiempo real durante procesos de deposición. La elipsometría dinámica sigue la cinética de adsorción, las reacciones superficiales y la degradación de películas. La técnica opera en aire, vacío o entornos líquidos.
Las limitaciones incluyen la necesidad de un modelo óptico apropiado, la ambigüedad en la determinación del espesor y las constantes ópticas para películas muy delgadas o transparentes, y la resolución lateral limitada por el tamaño del punto de sonda. Múltiples ángulos y longitudes de onda reducen la correlación de parámetros.
