Selbstgebautes Ellipsometer

Dies ist nur ein Platzhalter für ein laufendes Projekt, bei dem es darum geht, kostengünstig (aus 3D-gedruckten Teilen und Teilen aus dem Baumarkt) ein rein mechanisches Ellipsometer mit einer einzigen Wellenlänge für die Messung und Analyse von Oberflächen herzustellen. Zusätzliche Wellenlängen (sowie Einfallswinkel oder AOI's) könnten auch durch die Verwendung von Lasermodulen anderer bekannter Wellenlängen abgetastet werden.

Die aktuelle Stückliste sieht wie folgt aus:

1. Gedruckte Artikel

1.1 (10) 90-Grad-Gewindestangen-Verbinder

1.2 (2) Gewindestangen-Verbinder mit Augenloch

1.3 (1) AOI-Arm

1.4 (1) Rechter AOI-Arm

1.5 (1) "ThreadRod_Connect_90deg_0_25in-20-SmoothRodModFront-v2.stl"

1.6 (2) "Abstandshalter_Platten"

1.7 (1) "Optik_Mounts_Fotozelle"

1.8 (2) "Polarisator_Halterungen_Laser_v2", (http://www.thingiverse.com/thing:98556)

1.9 (2) Drehbare Polarisatorhalterungen (http://www.thingiverse.com/thing:98556).

1. Nicht gedruckte Artikel

2.1 (1) Winkelmesser

2.2 (13?) 1/4-20 Gewindestangen

2.3 (25) 1/4-20 Sechskantmuttern

2.4 (10) M3-0,5x16MM Zylinderschrauben mit Innensechskant

2.5 (8) M3-0.5 Muttern

2.6 (1) Lasermodul (http://www.scientificsonline.com/diy-red-laser-pointer.html)

2.7 (2) Polarisationsfilter (http://www.sciplus.com/p/POLARIZING-FILTER-IN-REMOVABLE-MOUNT_48927)

2.8 (1) CdS-Fotozelle (Radio Shack?)

2.9 (1) Multimeter, das den Widerstand misst

2.10 (1) Zirkularpolarisationsfilter (http://www.amazon.com/Tiffen-46CP-46mm-Circular-Polarizer/dp/B00004ZC8Y/ref=sr_1_31?s=electronics&ie=UTF8&qid=1371667297&sr=1-31&keywords=circular+Polarisations+Filter). Dieser sollte die Rolle eines Viertelwellenplattenkompensators übernehmen

Es gibt auch verschiedene Werkzeuge und Bastelutensilien, die Sie verwenden müssen.

1. Setup-Verfahren:

2. Kalibrierungsverfahren

3. Hinweise zur Datenanalyse

5.1 Referenzen:

5.1.1 A User's Guide to Ellipsometry von Harland G. Tompkins (erhältlich bei Amazon).

5.1.2 The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook (Electrical Engineering Handbook-CRC), 2 Bände von John G. Webster (Dec 29, 1998)-erhältlich bei Amazon

*** Update 20.06.13 ****

Es wurde eine zusätzliche Optikhalterung am linken und rechten Einfallswinkelarm hinzugefügt, um die Montage eines zirkularen Polarisators auf beiden Seiten zu ermöglichen (je nach gewünschter Konfiguration). Dies soll eine Null-Ellipsometer-Konfiguration ermöglichen.

*** Update 28.06.13 ****

Zweites mechanisches Mock-up (ich musste die Reihenfolge des Stapels umkehren und die Probe hinter der Hauptachse platzieren), und erster Lichttest, um sicherzustellen, dass das Lasermodul funktioniert. Ich habe beschlossen, wieder zu einer Stokes-Polarimeter-Konfiguration (Polarisator-Proben-Analysator) zu wechseln. Dies erfordert nur 4 Intensitätsmessungen (0, 90 und +/-45 Grad Analysatordrehung), um Psi/Del zu bestimmen.

*** Update 07/03/13 ************************************

-Überarbeitung des mechanischen Stapels, um hoffentlich den Parallaxenfehler bei der AOI-Messung zu minimieren. Ein Bild von diesem Mock-up wurde hochgeladen. Ich sollte wahrscheinlich mehr Stützen hinzufügen, um den Rahmen steifer zu machen.

-1. Entwurf des Verfahrens zur Kalibrierung des Polarisators fertiggestellt. PDF-Ausdruck davon hochgeladen.

Fertigstellung des 1. Entwurfs des Datenblatts für die Sammlung von Messungen der relativen Intensität, die Psi/Del-Daten ergeben werden. Beginn der Arbeit an einem theoretischen Filmstapelblatt (ausgehend von einem nackten Substrat), um die bekannte Dispersion in eine theoretische Psi/Del-Trajektorie umzuwandeln (in Abhängigkeit von der Veränderung der AOI), auf die gemessene Ergebnisse zurückgeführt werden können.

Update 07/12/13 ****

Ich habe mir eine Auszeit von der Hardware-Entwicklung genommen, um an der Theorie zu arbeiten. Angehängt ist ein aktualisiertes Datenblatt, das auch ein einlagiges Psi/Del-Modell enthält, das es dem Benutzer ermöglicht, seine gemessenen Ergebnisse manuell zu regressieren (um die verschiedenen im Datenblatt gezeigten Fehlermaße zu minimieren), um die optischen Eigenschaften des Films zu bestimmen. Das Datenblatt zeigt SiO2 ohne Film, da ich plane, die Polarisatorkalibrierungen als nächstes auf einem Glasobjektträger mit schwarzer Rückseite durchzuführen (um Rückseitenreflexionen zu vermeiden).

**** Aktualisierung 01/13/14 ****

Nach einer längeren Pause (sorry, ich war ein wenig beschäftigt) habe ich die Arbeit wieder aufgenommen. Wie man auf dem letzten Bild sehen kann, hat der Appartus einige Entwicklungen durchgemacht, die ich noch dokumentieren muss. Ich habe mit der Kalibrierung von Polarisator "A" begonnen. Muss noch den Polarisator "B" kalibrieren, bevor ich mit der ersten echten Datensammlung für die Analyse beginnen kann.

**** Aktualisierung 03/04/14 ****

Ich habe meine ersten Testdaten unter Verwendung eines (nicht sauberen) Mikroskop-Deckglases veröffentlicht. Die Datenkurven erschienen ähnlich für +45 Grad Polarisator Position (weniger für -45 Grad Polarisator Position). Aus diesem ersten Datensatz geht hervor, dass es erhebliche Fehlerquellen gibt und die Wiederholbarkeit besser getestet werden muss (die manuelle Datenerfassung ist zeitaufwändig). Ich habe einen Screenshot der Daten im Vergleich zum Modell mit Verschiebung der y-Achse (addieren oder subtrahieren) zu den Psi- und Del-Werten gepostet, um den Fehler gegenüber dem Modell zu minimieren, und mit Verschiebung der x-Achse, um die AOI-Messfehler zu kompensieren.