Temperatur-Einheit für Woollam-Ellipsometer
Abb. 1a: Ellipsometrische Messungen von Polystyren auf Silizium über mehrere Temperaturzyklen zwischen 50 °C und 140 °C
Abb. 1b: Schichtdickenänderung aufgetragen über Temperaturänderung zur Bestimmung von Tg
Abb. 2: Linkam-Temperatureinheit auf M-2000/RC2-Montageadapter mit Steuereinheit, N2-Dewar und Zubehörkoffer
Abb. 3: Linkam-Temperatureinheit integriert in automatisiertes M-2000
Im Zeitalter der Dünnschichttechnologie müssen Material- und Schichteigenschaften nicht nur bei Raumtemperatur, sondern auch temperaturabhängig verstanden werden. So zeigen viele Materialien deutlich ausgeprägte Änderungen in den optischen Konstanten als Funktion der Temperatur. Dies können z. B. Phasenübergänge in Halbleitern sein oder, wie bei Vanadiumdioxid (VO2), der Übergang vom Halbleiter zur metallischen Phase, welcher mit drastischen Änderungen in den optischen und elektronischen Eigenschaften einhergeht.
Die Glasübergangstemperatur Tg ist eine der wichtigsten Charakteristiken von amorphen und semikristallinen Polymeren, wo abrupte Änderungen der physikalischen Eigenschaften eintreten. Die Ellipsometrie ermöglicht die Bestimmung der Tg von sehr dünnen Filmen. Dazu werden die Schichtdickenänderungen während mehrerer Temperaturrampen ermittelt (s. Abb. 1a und b am Beispiel von Polystyren).
Mittels der Linkam -Temperatureinheit können mit allen Woollam-Systemen wie M-2000, RC2 und VASE, temperaturabhängige Ellipsometriemessungen über einen weiten Bereich von -70 °C bis 600 °C durchgeführt werden. Die Heizeinheit ist ein geschlossenes System mit optischen Fenstern für einen Einfallswinkel von 70°. Sie kann aber auch offen und damit bei anderen Einfallswinkeln betrieben werden. Anschlüsse zur Gasspülung sind vorhanden.
Ein im Lieferumfang enthaltener N2-Dewar mit Pumpe sorgt durch flüssigen Stickstoff für eine aktive Kühlung des Systems. Damit können Heiz- und Kühlzyklen über vordefinierte Rezepte automatisch gefahren werden. Die gewünschten Temperaturprofile lassen sich schnell und flexibel erzeugen. Die Ansteuerung ist komplett in die Ellipsometer-Software integriert. So wird mit jedem Messpunkt/Messspektrum die jeweilige Temperatur abgespeichert und kann anschließend im Modell als Setzwert der zugeordneten optischen Konstanten bei dieser Temperatur verwendet werden.
