Elipsometri adalah teknik optik yang mengukur perubahan keadaan polarisasi cahaya yang dipantulkan dari permukaan. Ini adalah metode utama untuk menentukan ketebalan dan konstanta optik film tipis, dengan sensitivitas hingga sub-angstrom untuk film berkualitas tinggi.
Teknik ini mengukur dua parameter: psi (Ψ) dan delta (Δ). Ψ adalah rasio amplitudo komponen terpolarisasi-p dan terpolarisasi-s dari cahaya yang dipantulkan. Δ adalah perbedaan fase di antara keduanya. Parameter ini terkait dengan koefisien refleksi Fresnel, yang tergantung pada sudut datang, panjang gelombang cahaya, konstanta optik substrat dan film, serta ketebalan film.
Elipsometri spektroskopi mengukur Ψ dan Δ pada rentang panjang gelombang, biasanya dari ultraviolet hingga inframerah dekat. Beberapa panjang gelombang memberikan informasi yang cukup untuk menentukan ketebalan dan konstanta optik secara simultan. Elipsometri spektroskopi sudut variabel menambahkan data sudut untuk struktur multi-lapisan yang kompleks.
Analisis data memerlukan model optik dari struktur sampel dan prosedur regresi untuk mencocokkan Ψ dan Δ yang dihitung dengan nilai yang diukur. Algoritma Levenberg-Marquardt meminimalkan kesalahan kuadrat rata-rata. Model ini mencakup jumlah lapisan, komposisi perkiraannya, dan konstanta optik yang diparameterisasi oleh rumus dispersi. Model Cauchy menggambarkan bahan transparan. Model Tauc-Lorentz menggambarkan semikonduktor amorf. Model Drude menggambarkan logam.
Elipsometri digunakan secara ekstensif dalam industri semikonduktor untuk mengukur ketebalan oksida gerbang, ketebalan lapisan fotoresist, dan dimensi kritis. Dalam penelitian material, teknik ini mengkarakterisasi film tipis organik, monolayer terakit sendiri, lapisan polimer, dan material 2D. Dalam biologi dan kedokteran, elipsometri mengukur adsorpsi protein pada permukaan, pembentukan biofilm, dan perlekatan sel. Elipsometri pencitraan memberikan pemetaan spasial ketebalan film dengan resolusi lateral mikrometer.
Elipsometri in situ memantau pertumbuhan film secara real-time selama proses deposisi. Elipsometri dinamis mengikuti kinetika adsorpsi, reaksi permukaan, dan degradasi film. Teknik ini beroperasi di udara, vakum, atau lingkungan cair.
Keterbatasan meliputi kebutuhan model optik yang sesuai, ambiguitas dalam menentukan ketebalan dan konstanta optik untuk film yang sangat tipis atau transparan, dan resolusi lateral yang dibatasi oleh ukuran titik probe. Beberapa sudut dan panjang gelombang mengurangi korelasi parameter.
