A elipsometria é uma técnica óptica que mede a mudança no estado de polarização da luz refletida por uma superfície. É o método principal para determinar a espessura e as constantes ópticas de filmes finos, com sensibilidade até espessura subangstrom para filmes de alta qualidade.
A técnica mede dois parâmetros: psi (Ψ) e delta (Δ). Ψ é a razão de amplitude dos componentes p e s polarizados da luz refletida. Δ é a diferença de fase entre eles. Esses parâmetros estão relacionados aos coeficientes de reflexão de Fresnel, que dependem do ângulo de incidência, do comprimento de onda da luz, das constantes ópticas do substrato e do filme e da espessura do filme.
A elipsometria espectroscópica mede Ψ e Δ em uma faixa de comprimentos de onda, tipicamente do ultravioleta ao infravermelho próximo. Múltiplos comprimentos de onda fornecem informações suficientes para determinar simultaneamente a espessura e as constantes ópticas. A elipsometria espectroscópica de ângulo variável adiciona dados angulares para estruturas complexas de múltiplas camadas.
A análise de dados requer um modelo óptico da estrutura da amostra e um procedimento de regressão para ajustar os Ψ e Δ calculados aos valores medidos. O algoritmo de Levenberg-Marquardt minimiza o erro quadrático médio. O modelo inclui o número de camadas, sua composição aproximada e as constantes ópticas parametrizadas por fórmulas de dispersão. O modelo de Cauchy descreve materiais transparentes. O modelo de Tauc-Lorentz descreve semicondutores amorfos. O modelo de Drude descreve metais.
A elipsometria é amplamente utilizada na indústria de semicondutores para medir espessura de óxido de porta, espessura de camadas de fotorresiste e dimensões críticas. Na pesquisa de materiais, caracteriza filmes finos orgânicos, monocamadas automontadas, revestimentos poliméricos e materiais 2D. Em biologia e medicina, a elipsometria mede adsorção de proteínas em superfícies, formação de biofilmes e adesão celular. A elipsometria de imageamento fornece mapeamento espacial da espessura do filme com resolução lateral micrométrica.
A elipsometria in situ monitora o crescimento de filmes em tempo real durante processos de deposição. A elipsometria dinâmica acompanha cinéticas de adsorção, reações superficiais e degradação de filmes. A técnica opera em ar, vácuo ou ambientes líquidos.
As limitações incluem a necessidade de um modelo óptico apropriado, ambiguidade na determinação da espessura e constantes ópticas para filmes muito finos ou transparentes e resolução lateral limitada pelo tamanho do ponto de sonda. Múltiplos ângulos e comprimentos de onda reduzem a correlação de parâmetros.
