JP2006214778A - ラングミュア・ブロジェット膜の膜厚と誘電率分散の同時決定方法および装置 - Google Patents
ラングミュア・ブロジェット膜の膜厚と誘電率分散の同時決定方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
透明基板上に堆積させた透明膜や吸収膜の誘電率テンソルと膜厚を同時に決定できるように改良したラングミュア・ブロジェット膜の膜厚と誘電率分散の同時決定方法を提供する。
【解決手段】
入射面および入射角と偏光状態を変えて基板の透過スペクトルを測定して測定データを得る第1のステップと、入射面および入射角と偏光状態を変えて上記基板の反射スペクトルを測定して測定データを得る第2のステップと、前記第1のステップと同じ条件で上記基板に薄膜を付着させた試料の透過スペクトルを測定して測定データを得る第3のステップと、前記第1のステップと同じ条件で上記試料の反射スペクトルを測定して測定データを得る第4のステップと、上記の各ステップで得られた測定データに最小二乗法による演算処理を実行して膜厚と光学的周波数領域における異方的な誘電率の値及びその分散誘電率を共に決定する第5のステップとからなる。
【選択図】 図1
Description
A. Ulman, AnIntroduction to Ultrathin Organic Films, Academic Press, Boston, 1991. D. denEngelsen, J. Opt. Soc. Am. 61 (1971) 1460. G. Geis, W.Hickel, D. Lupo, W. Pars, U. Scheunemann, Berichte Der Bunsen-Gesellshaft PhisikalisheChimie 95 (1991) 1345. H. Knobloch,F. Penacorada, L. Brehmer, Thin Solid Films 295 (1997) 210. I. Pockrand,J.D. Swalen, J.G. Gordon II, M.R. Philpott, Surface Science 74 (1977) 237. S.J. Cooke,G.G. Roberts, Thin Solid Films 210/211 (1991) 685. Y. Aoki, K.Kato, K. Shinbo, F. Kaneko, T. Wakamatsu, IEICE Trans. Electronics E81C (1998)1098. Y.H. Yang,J.R. Ableson, J. Vac. Sci. Technol. A 13 (1995) 1145. K. Forcht, A.Gombert, R. Joerger, M. Kohl, Thin Solid Films 302 (1997) 43. M. Kildemo,R. Ossikovski, M. Stchakovsky, Thin Solid Films 313-314(1998) 108. K. Ikegami,Bulletin of the Electrotechnical Laboratory 61 (1997) 247. D. Pekker,L. Pekker, Thin Solid Films 425 (2003) 203.
アラキジン酸はFluka Co.から購入し、スペクトル分析用のトルエンに1×10−3mol/lの濃度で溶解し、Lauda社製の水槽(Filmwaage)に張った下相水の上に、19°Cの空気雰囲気中で滴下した。得られた水面上単分子膜(ラングミュア膜)は圧縮された後、固体基板上に堆積された。固体基板としては、赤外域から紫外域まで透明であるので、フッ化カルシウム(応用光研社製の赤外用0.1cm厚)を用いた。堆積は、35mN/mの表面圧下のラングミュア膜に垂直浸漬法(非特許文献1)を適用した。下相水としては、塩化カルシウム(4×10−4mol/l)と炭酸水素カリウム(5×10−6mol/l)の混合溶液を用いた。その理由は、多分膜と基板との間の陽イオンの共通性のためと思われるが、この溶液を下相水として用いた場合に良質なLB膜を作成できたからである。累積比は、最初の引き上げ時(第一層)は1.1であり、その他の引き上げ時は1.03であり、押し下げ時には0.94であった。
透明基板上にラングミュア膜が垂直浸漬法で堆積された場合には、基板の両面が同じ厚さ(dと書く)の同じ物質で覆われることになる。そのような系の光学的性質は、図1に示すように、三層模型でシミュレートすることができる。この模型のように、膜面の法線と基板の浸漬方向とがそれぞれz軸及びx軸と定義され、zx平面は対称面となる。つまり、これらの座標軸は系の誘電率テンソル(εと書く)の主軸である。基板は光学的に等方的であると仮定し、その屈折率をnsubと書くものとする。
この三層模型の透過率及び反射率(T及びR)を、それぞれ、
T=fm(λ,ψ,θ,nsub,d,ε)、
R=gm(λ,ψ,θ,nsub,d,ε)
と表す。ここで、m及びλはそれぞれ入射光の偏光状態(pまたはs)と波長であり、Ψ及びθはそれぞれ入射角及び入射面とzx平面とのなす角である。関数fm及びgmはLB膜内におけるコヒーレントな多重反射と基板内におけるインコヒーレントな多重反射とを考慮したものである。その具体的な表式はフレネル係数の算術で表されるが、θが0°と90°の場合については「非特許文献11」に与えられている。
TLB=αm(λ,ψ,nsub)fm(λ,ψ,θ,nsub,d,ε)+γ …(1a)
RLB=βm(λ,ψ,nsub)gm(λ,ψ,θ,nsub,d,ε)+γ …(1b)
ここで、α及びβは光路が異なることに起因して分光器の感度が微妙に変化することを表す関数であり、理想的には常に値“1”をとるが現実には“1”からずれる。また、γは迷光の影響を表すが、Tsub及びRsubを実験的に測定される基板の透過率及び反射率として、γ≪min(TLB,Tsub)およびγ≪min(RLB,Rsub)が成り立てば、LB膜の試料と基板との実験結果を比較することで、次のようにαとβを消去することができる。
Tsub/TLB=fm(λ,ψ,θ,nsub,0,ε)/fm(λ,ψ,θ,nsub,d,ε) …(2a)
Rsub/RLB=gm(λ,ψ,θ,nsub,0,ε)/gm(λ,ψ,θ,nsub,d,ε) …(2a)
12 測定光制御装置、
13 第1光検出器、
14 第2光検出器、
15 ラングミュア・ブロジェット膜、
16 基板、
17 データ処理部、
18 システム制御装置、
Claims (2)
- 入射面および入射角と偏光状態を変えて基板の透過スペクトルを測定して測定データを得る第1のステップと、
入射面および入射角と偏光状態を変えて上記基板の反射スペクトルを測定して測定データを得る第2のステップと、
前記第1のステップと同じ条件で上記基板に薄膜を付着させた試料の透過スペクトルを測定して測定データを得る第3のステップと、
前記第1のステップと同じ条件で上記試料の反射スペクトルを測定して測定データを得る第4のステップと、
上記の各ステップで得られた測定データに最小二乗法による演算処理を実行して膜厚と光学的周波数領域における異方的な誘電率の値及びその分散を共に決定する第5のステップと
からなることを特徴とする膜厚と誘電率分散の同時決定方法。 - 入射面および入射角と偏光状態を変えて基板の透過スペクトルを測定して測定データを得る第1測定手段と、
入射面および入射角と偏光状態を変えて上記基板の反射スペクトルを測定して測定データを得る第2測定手段と、
前記第1測定手段による測定と同じ条件で上記基板に薄膜を付着させた試料の透過スペクトルを測定して測定データを得る第3測定手段と、
前記第1測定手段による測定と同じ条件で上記試料の反射スペクトルを測定して測定データを得る第4測定手段と、
上記の各測定手段により得られた測定データに最小二乗法による演算処理を実行して膜厚と光学的周波数領域における異方的な誘電率の値及びその分散を共に決定するデータ処理手段と
を備えることを特徴とする膜厚と誘電率分散の同時決定装置。
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