Caractérisation des propriétés optiques des nanocristaux de silicium par ellipsométrie spectroscopique. MAIRE Carole Laboratoire de Physique des Milieux Denses Université Paul Verlaine-Metz
Jan 05, 2016
Caractérisation des propriétés optiques
des nanocristaux de silicium par ellipsométrie spectroscopique.
MAIRE Carole
Laboratoire de Physique des Milieux Denses
Université Paul Verlaine-Metz
PLAN
1. Objectifs du stage.
2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.
3. Principe d’exploitation des mesures.
4. Présentation des résultats expérimentaux.
5. Conclusion.
1. Objectifs du stage
Déterminer les propriétés optiques de nanocristaux de Silicium
Présentation des échantillons étudiés.
Substrat de Si
Nanocristaux de Silicium
Couche de SiN
Dépôt (NH3/SiH4,temps) Recuit (sous Ar) Nom échantillon
14/14, 4` NR 14ANR
14/14, 4` RTA 1000°C,1’,direct 14Arta
14/14, 4` RTA dir + RC, 700°C 14Arc700
14/14, 4` RTA dir + RC ,900°C
14Arc900
14/14, 4` RTA 1000°C, 1’, palier 500°C,1’
1414Brt1
7/7, 5’ NR 77ANR1
7/7, 5’ RTA 1000°C, 1’,direct 77ARTA1
7/7,5’ RTA dir + RC700° C
77ARC700
7/7, 5’ RTA dir + RC, 1100° C
77ARC111
21/14 RTA dir + RC, 700°C 21-14
28/14 RTA dir + RC, 700°C 28-14
2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.
Mathématicien allemand Paul Drude(1863-1906)
L’ellipsométrie est une technique optique d’analyse de surface fondée
sur la mesure du changement de l’état de polarisation de la lumière
après réflexion sur une surface plane.
sr
=0° ou
180°
Ex
Ey
E y
E x
E x ≠
Ey
et/ou
≠
90°
sp
ii
s
p
s
p eer
r
r
rsp .tan)(
tans
p
r
r
sont les angles ellipsométriques
et
2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.
2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.
Le montage utilisé
Polariseur Glazebrook
2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.
Le montage utilisé
2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.
Résumé
Modulation du flux lumineux incident par le polariseur tournant
Décomposition en série de Fourier
Mesure des angles ellipsométriques
Méthode de Hadamard
Comparaison avec un modèle adapté
Détermination des paramètres optiques recherchés.
3. Principe d’exploitation des mesures
Milieux hétérogènes : approximation nécessaire :
théorie des milieux effectifs
Interprétation des mesures: les lois de dispersion
(, ) Paramètres (ni, ki, di,..)recherchés
Inversionet
Modèle
Principe général
(exp,exp)
(mod,mod)
2Expérience
Modèle
ou E
Grandeursmesurés
2
exp
2
exp2 coscostantan i
théoi
N
i
ithéo
i
3. Principe d’exploitation des mesures
Caractérisation d’un échantillon
Premier modèle élaboré Comparaison des paramètres ellipsométriques
Echantillon 14 Arc 700
Le Silicium cristallin est inadapté pour décrire les propriétés optiques des
Nanocristaux de Silicium !!
2La valeur de est trop grande !!
3. Principe d’exploitation des mesures
Caractérisation d’un échantillon
Second modèle élaboré : avec une loi de dispersion Comparaison des paramètres ellipsométriques
Echantillon 14 Arc 700
4. Présentation des résultats expérimentaux.
Comparaison des paramètres ellipsométriques
4. Présentation des résultats expérimentaux.
Détermination des propriétés optiques des nanocristaux de Silicium
Echantillons 14/14
4. Présentation des résultats expérimentaux.
Graphe Eg en fonction de la taille des nanocristaux de Silicium
Elargissement du gap optique par confinement quantique.
CONCLUSION
Intérêts de l’ ellipsométrie.
Applications : Intérêts des nanocristaux de Silicium.