_ O matrice compactă de metasurface sistem pentru măsurarea elipsometriei spectroscopice cu un singur tir

Elipsometria spectroscopică este adoptată pe scară largă în procesarea semiconductoarelor, cum ar fi în fabricarea de circuite integrate, panouri plate și celule solare. Cu toate acestea, un elipsometru spectroscopic convențional, așa cum se arată în Fig.1a, modulează de obicei starea de polarizare prin rotația mecanică a compensatorului sau analizorului. Pentru detectarea spectrală, necesită fie scanarea lungimii de undă, fie utilizarea unui spectrometru cu mai multe canale. Sistemul rezultat este adesea voluminos, complex și necesită măsurători multiple.

Într-o nouă lucrare publicată în Light: Science & Applications, o echipă de oameni de știință, condusă de profesorul Yuanmu Yang de la Universitatea Tsinghua, China și co - lucrătorii au propus și au demonstrat experimental un sistem compact bazat pe matrice de metasuprafețe pentru măsurarea elipsometriei spectroscopice cu un singur tir, așa cum se arată în Fig.1b.

Sistemul propus utilizează o matrice de metasuprafețe pe bază de siliciu pentru a codifica întreaga suprafață. Stokes spectrul de polarizare al luminii reflectat din filmul subțire. Ulterior, polarizarea și informațiile spectrale sunt decodificate pe baza semnalelor de intensitate colectate de un senzor CMOS folosind algoritmi de optimizare convex.

Se poate reconstrui întregul spectru de polarizare Stokes al filmului subțire, care apoi permite determinarea în continuare. de grosimea filmului și indicele de refracție. Această abordare simplifică semnificativ sistemele de elipsometrie spectroscopică convențională și permite măsurători ale parametrilor de peliculă subțire cu o singură lovitură.

Schema elipsometrului spectroscopic bazat pe matrice de metasuprafețe este prezentată în Fig. 2a. Secțiunea de detecție spectropolarimetrică a elipsometrului este compusă dintr-o matrice de metasuprafețe integrată pe un senzor CMOS comercial, rezultând un sistem extrem de compact. Matricea metasuprafeței constă din 20 × 20 de elemente optimizate concepute pentru a sprijini răspunsul anizotrop și spectral divers, asigurând reconstrucția precisă a întregului spectru de polarizare Stokes.

În această lucrare, cinci filme subțiri de SiO2 cu grosimi variind de la 100 nm până la 1000 nm depuse pe un substrat de siliciu au fost selectate ca probe pentru testare. Grosimile ajustate și dispersiile indicelui de refracție ale filmelor subțiri testate se potriveau îndeaproape cu adevărul de bază obținut dintr-un elipsometru spectroscopic comercial, cu erori de doar 2,16% și, respectiv, 0,84% pentru măsurătorile grosimii și, respectiv, indicelui de refracție.

The echipa de cercetare a propus și a demonstrat experimental o matrice de metasuprafață pentru un sistem de elipsometrie spectroscopică integrată cu o singură lovitură. Acest sistem permite determinarea precisă a grosimii filmului subțire și a indicelui de refracție printr-o singură măsurare, fără părți mecanice în mișcare sau elemente de modulare dinamică a fazei.

Matricea metasuprafeței este, de asemenea, promițătoare pentru imagistica spectropolarimetrică, care poate permite în continuare -caracterizarea distructivă a peliculelor subțiri neomogene spațial.

(Fluierul)