TP Mesure d'indices et épaisseur par Ellipsométrie

L’ellipsométrie est une technique de mesure optique non destructive largement utilisée dans le milieu industriel (mesures d’épaisseurs, de propriétés optiques, ...)

Ce TP permet une approche didactique, théorique et pratique de l’ellipsométrie. Le matériel fourni peut également être utilisé pour d’autres types d’études (réflexion vitreuse, Brewster, polarisation…).

Ce produit a été développé en collaboration avec le laboratoire LCP-A2MC de Metz

Thèmes abordés :
- Principe de l’ellipsométrie et de l’ ellipsométrie par extinction en particulier
- Polarisation de la lumière, identification des axes rapide et lent d’une lame à retard de phase
- Détermination des angles ellipsométriques d’un matériau, méthode d’alignement optique
- Mesure des indices d’un substrat de silicium (n et k), d’un métal et d’un verre
- Mesure de l’indice (n) et de l’épaisseur (e) d’une couche de SiO2 déposée sur substrat de silicium
- Évolution de n et e lors d’un changement de longueur d’onde
- Mise en évidence, via le logiciel, de l’influence d’une erreur de mesure sur les valeurs de n, k et e

Principes et objectifs :
L’ellipsométrie est une technique optique reposant sur la mesure du changement de l’état de polarisation d’un faisceau lumineux après réflexion sur une surface. Cette modification dépend de la surface à étudier. Ainsi, pour une longueur d’onde et un angle d’incidence donné, il est possible de déterminer les angles ellipsométriques d’un matériau et d’en déduire ses caractéristiques (indices n et k, épaisseur e).
L’ellipsométrie à extinction est basée sur la recherche du minimum de lumière réfléchie par ajustement des angles d’un polariseur et d’un analyseur.
L’objectif du montage proposé est d’assembler et de régler un ellipsomètre didactique pour déterminer les indices et l’épaisseur de différents échantillons (substrat de silicium, monocouche de SiO2 sur substrat de silicium, aluminium, verre) et analyser les conséquences de la variation de longueur d’onde et de l’angle d’incidence.

Composition :
▪ 1 platine goniométrique de précision 1 minute d’arc avec porte réseau
▪ 2 bras pivotants porte composants
▪ 1 jeu de 4 échantillons d’étude
▪ 1 laser vert 532nm - 1mW à symétrie circulaire, alimentation (réf.205157)
▪ 1 diode laser rouge 650nm - 1mW à symétrie circulaire, alimentation (réf.205151)
▪ 2 polariseurs linéaires orientés dans le plan horizontal en monture graduée et rotative (réf.204651)
▪ 1 polariseur circulaire, en monture graduée et rotative (réf.202655)
▪ 1 lame quart onde en monture graduée et rotative (réf.202378)
▪ 1 puissancemètre laser à sonde déportée sur tige (réf.295969+204612)
▪ 1 loupe éclairante (réf.204752)
▪ 1 logiciel de calcul dédié
▪ 1 notice d’expériences