라이트닝 바카라 콤을 사용하여 새로운 분광 엘립 솜 측정법을 개발했습니다

-높은 속도, 정밀도 및 강력한 박막 분석 가능-

포인트

박막은 전기, 기계적 및 라이트닝 바카라 기능을 제공하고 재료에 부가 가치가 있기 때문에 주목을 끌고 있지만 정확한 박막 분석은 특성을 명확하게하기 위해 필요합니다
이 연구에서, 우리는 AIST가 개발 한 고성능 라이트닝 바카라 빗 장치를 Tokushima University에서 고안 한 빛의 분극을 측정하는 새로운 방법을 결합하여 그 어느 때보 다 더 빠르고 정확하며 더 재현 가능한 박막 분석 방법을 실현했습니다
기능성 박막 및 라이트닝 바카라 재료의 정적 및 동적 특성 평가에 적용될 것으로 예상됩니다

일본 과학 기술 기관 (JST)의 전략적 창조적 연구 홍보 프로젝트에서, Tokushima University의 미나 무마와 츠 요시 (Minamigawa Tsuyoshi)로 구성된 연구 그룹, Yasui Takeshi 교수, 선임 연구원 Okubo Akira, AST (Advanced Science and Technology), Laser Source (Opty Source), Opty Source (Op Comit)의 새로운 영화 분석 방법을 개발했습니다 빛의 파장, 강도 및 단계를 정확하게 결정했습니다

　박막 (주 1)재료가 전기, 기계 및 라이트닝 바카라 기능 및 부가 가치를 제공하기 때문에 관심을 끌고 있지만, 특성을 명확히하려면 고정밀 박막 분석이 필요합니다 따라서 다양한 방법이 제안되었으며, 그중에서도 빛의 특징 (파장, 강도, 위상, 편광 등)이 사용됩니다 분광 엘립소 메 트리 방법 (참고 2)널리 적용되었습니다 그러나, 기존의 분광 파질 측정 방법은 빛의 특성을 측정하기 위해 기계적 및 전기 광 변조가 필요하며, 기계적 진동 및 온도 특성의 영향은 측정 시간, 안정성, 견고성 및 정확도의 한계를 초래했다 또한, 박막 분석에서, 분석 될 수있는 정보의 양은 서로 다른 파장을 갖는 다수의 빛을 사용함으로써 극적으로 증가하지만, 기존의 방법은 광 검출기의 파장 분해능과 변조기의 파장 의존성을 제한했으며 개선이 필요하다

따라서 연구 그룹은 AIST가 개발 한 고성능 라이트닝 바카라 빗 광원을 Tokushima University에 의해 고안 한 광의 분극을 측정하는 새로운 방법을 결합하여 기계적 또는 전기 광 변조가 필요하지 않은 라이트닝 바카라 재료 및 박막을 분석하고 평가하기위한 새로운 타원체법 방법을 개발하고 시연했습니다 이 방법은 기능성 박막 및 라이트닝 바카라 재료의 고정밀 특성화 및 고속 특성을 사용하는 재료의 동적 특성을 포함하여 널리 사용될 것으로 예상됩니다

이 연구 결과는 2017 년 9 월 20 일 (영국 시간)에 NPG (Nature Publishing Group) 전자 저널 "Nature Communications"에 발표 될 것입니다

이 결과는 다음 프로젝트 및 연구 프로젝트를 통해 얻었습니다
　　일본 과학 기술 기관 (JST) 전략적 창의적 연구 촉진 프로젝트 일반 구현 연구 (ERATO)
　　연구 프로젝트 : "미노시마 지적 조명 합성기 프로젝트"
　　연구장 : 미노시마 카오루 (Minoshima Kaoru) (전기 커뮤니케이션 대학교 정보 과학 및 공학 대학원 교수)
　　연구 기간 : 2013 년 10 월 ~ 2019 년 3 월
목표는 시간, 공간, 주파수, 위상, 강도, 광파의 편광과 같은 모든 매개 변수를 자유롭게 조작 할 수있는 지능형 광원을 개발하는 것입니다

연구 배경과 역사

박막 분석은 박막의 특성을 명확하게하고 기능을 제어하는 데 중요합니다 따라서, 고정밀 박막 분석을 실현하기위한 다양한 방법이 제안되었으며, 그 중에서도 빛의 특성 (파장, 강도, 위상, 편광 등)의 특성을 활용하는 분광 타원 측정 방법이 널리 사용된다 (도 1) 이 방법에서, 빛은 박막에 발생하며, 입사 및 반사 된 빛에 의해 생성 된 표면 (발생 표면)과 평행합니다 편광 (주 3)성분 (p- 분극)과 수직 편광 구성 요소 (S- 편광) 사이에 발생하는 빛의 특성의 약간의 차이에 대한 자세한 분석을 만들어 박막의 특성을 나타냅니다

기존의 분광 파질 측정 방법은 각 편광 성분의 광 특성을 얻기 위해 기계적 또는 전기 광 변조가 필요합니다 이 변조는 기계적 진동 및 온도 특성의 영향으로 인해 측정 시간, 안정성, 견고성 및 정확도의 한계가 적용되었습니다 또한, 분광 파장 정보를 사용하여 분석 할 수있는 박막의 특징을 극적으로 증가 시키지만, 기존의 방법은 광 검출기의 파장 해상도와 변조기의 파장 의존성을 제한했으며 개선이 필요하다

연구 컨텐츠

이 연구 그룹은 고도로 제어 된 파장 및 광의 위상을 갖고 광범위한 파장 밴드를 갖는 레이저 광원 (라이트닝 바카라 콤)을 사용하여 기계적 또는 전기 조절없이 분광 된 타원체 측정을 사용하여 측정 된 광의 특성을 고속, 정밀성 및 강력한 측정 할 수있는 새로운 방법을 개발했습니다

라이트닝 바카라 빗은 동일한 간격으로 빗 톱니 형태로 배열 된 매우 좁은 파장을 갖는 광대역 스펙트럼 광 그룹으로 구성된 광원입니다 (그림 2) 각 라이트닝 바카라 빗의 파장 및 위상 관계는 매우 높은 정확도로 제어되며 강도는 안정적입니다 따라서, 2 개의 라이트닝 바카라 COM 광원이 준비되고 공간적으로 중첩된다 성장 신호 (참고 4)를 측정함으로써 기계적 또는 전기 조절을 적용하지 않고 파장, 위상 및 강도와 같은 각각의 빛의 특성을 얻을 수 있습니다 (그림 3)

따라서이 연구 그룹은 Tokushima University가 고안된 분광 엘립 솜 측정 분석 방법에 적용 할 수있는 새로운 방법을 개발하고 있으며, 지금까지 AIST가 개발 한 고정밀 라이트닝 바카라 빗 광원을 사용하여 Tokushima University가 고안했습니다 결과적으로, 종래의 분광계를 사용하여 분광 파일 립 소 트리법 방법에서 약 01 내지 001 나노 미터 인 파장 분해능은 12x10^-5나노 미터가 개선 될 수 있고보다 정확한 분광형 타원체를 실현할 수 있음이 밝혀졌습니다 또한, 본 연구에서, 본 발명자들은 원칙 검증 실험으로서 복굴절 라이트닝 바카라 재료 (도 4)와 라이트닝 바카라 박막 (도 5)을 측정했으며 분광 표향체에 의한 고속 및 정확한 분석은 기계적 또는 전기 조절없이 수행 될 수 있음을 밝혀냈다

11030_11364 주파수 링크 (주 5)를 활용함으로써, 우리는 분광형 타원체를 극적으로 진화시키는 라이트닝 바카라 방법을 성공적으로 개발했습니다

미래 개발

라이트닝 바카라 콤을 사용한 새로운 분광 타원체 방법은 기계적 또는 전기 조절, 고파도 해상도 및 고속 측정이 필요하지 않기 때문에 강력한 특성을 가지고 있습니다 따라서 이러한 기능은 기능성 박막 및 라이트닝 바카라 재료의 정적 및 동적 평가와 같은 응용 프로그램을 만드는 데 사용될 수 있습니다 또한,이 방법은 원칙적으로 다양한 파장 영역에 배치 될 수 있기 때문에,이 방법의 높은 파장 분해능을 이용하여 자외선, 적외선 광선 및 테라 헤르츠 영역과 같은 재료의 특성이 급격히 변하는 파장 영역에 적용될 것으로 예상된다 또한, 재료 표면 특성 등의 평가에 적용될 것으로 예상됩니다 위에서 언급 한 바와 같이,이 연구 결과는 재료 특성화를위한 기본 기술이며, 기능적 박막을 포함한 미래의 재료 개발에 크게 기여할 것으로 예상됩니다

참조 다이어그램

그림 1 분광 엘립 솜 측정법 - 박막 분석 방법 -

입사광의 분극 상태에서 다양한 변화를 사용하고 샘플을 통과하는 광선의 분극 상태 변화에서 샘플의 특성을 분석하고 필름 두께 값 (단일 레이어 필름, 다층 필름), 굴절률 및 멸종 계수 (참고 6)와 같은 박막의 물리적 특성을 얻을 수있는 유용한 측정 방법입니다

그림 2 라이트닝 바카라 - 고도로 제어 된 극한 광원 -

라이트닝 바카라 빗의 스펙트럼 (주파수 도메인의 파형)은 빗 모양입니다 빗의 간격 및 위치는 원자 시계의 주파수와 고도로 안정적인 레이저를 기준으로 사용하여 높은 정확도로 제어되므로 각 콤의 주파수는 안정적이고 고유하게 결정됩니다

그림 3이 기술의 원리 : 라이트닝 바카라 빗을 사용한 조명 기능 획득

분광형 타원체는이 조명 기능을 사용하여 수행됩니다

알려진 특성을 가진 라이트닝 바카라 요소를 사용 하여이 기술의 유효성 평가 그림

그림 4 알려진 특성을 가진 라이트닝 바카라 요소를 사용한이 기술의 유효성 평가

빛이 박막을 통과 할 때, 강도 비율과 위상 변화 양은 사고 평면 (p- 편광) 및 수직 편광 성분 (S- 분극)과 평행 한 편광 성분 사이에 다르며, 이들은 박막의 두께 및 재료에 따라 다릅니다 여기서,이 기술의 유효성은 특성이 미리 알려진 박막을 사용하여 평가되었습니다
(a)이 방법을 사용한 Babinet-Soleil 보상위원회의 평가 Babinet-Soleil 보상 플레이트는 광의 위상으로 만 변하고 빛의 강도를 변화시키지 않는 라이트닝 바카라 요소입니다 따라서,이 방법에 의해 수득 된 편광 성분의 강도 비율과 관련된 Ellipsometric 파라미터 ψ는 라이트닝 바카라 주파수 또는 보상 판의 이동량에 관계없이 일정하다 한편, 보상 플레이트의 이동량 (추가 된 위상 양)에 따라 각 편광 성분의 위상 변화 양의 차이와 관련된 일립 소트릭 파라미터 δ가 관련되어있다
(b)이 방법을 사용한 고차파 판의 평가 고차 파장 플레이트는 광의 분극 상태를 변화시키는 요소이며, 매우 높은 파장 의존성 (라이트닝 바카라 주파수 의존성)을 특징으로합니다 따라서, 각 편광 성분의 강도 비율과 관련된 엘립 소 메트릭 파라미터 ψ 및 δ는 라이트닝 바카라 주파수 및 파장 플레이트의 회전 각도에 따라 크게 다릅니다 기존의 일립 소 트리 방법은 타원체 매개 변수를 얻기 위해 기계적 및 전기 광 변조가 필요했습니다 이 방법은 라이트닝 바카라 빗을 사용하여 기계적 및 전기 광 변조의 필요성을 제거하고 고속, 안정, 강력하며 매우 정확한 분광 엘립 소 트리를 가능하게하는 특성을 갖습니다
이 방법을 사용하여, 우리는 라이트닝 바카라 특성을 가진 요소로 인한 빛 변화의 고속, 정밀도 및 강력한 측정이 느린 속도와 열악한 재현성없이 달성 될 수 있음을 보여 주었다

그림 5이 기술을 사용한 박막 평가

빛이 박막을 반사하더라도, 사건의 평면에 평행 한 편광 성분 (p- 편광)의 강도 및 위상 변화량 및 분극 성분 (S- 분극)은 박막의 두께 및 재료 (D)에 따라 강도 및 위상 변화가 차이합니다 이 방법을 사용하여 필름 두께가 알려진 박막을 미리 측정했을 때, 편광 성분의 강도 비율과 관련된 엘립 소 메트릭 파라미터 ψ (a)는 필름 두께 (b)에 따라 각각의 분극 성분의 위상 변화 양의 차이와 관련된 일립 소 메트릭 파라미터 ψ (b)와 관련된 것으로 관찰되었다 또한,이 방법은 라이트닝 바카라 주파수 (a) (b)에 따라 ψ 및 δ의 변화를 동시에 측정 할 수 있습니다 또한, 변화로부터 추정 된 필름 두께는 실제 필름 두께 (c)와 잘 일치했다

용어집

주 1) 박막: 증발, 스퍼터링, 스핀 코팅 등으로 고체 표면에 형성된 다양한 재료 (금속, 반도체, 산화물, 저항 등)의 층 렌즈 코딩에 사용되는 라이트닝 바카라 박막이 있으며,이를 통합 된 회로 제조에 자주 사용하는 라이트닝 바카라 박막이 있습니다 생산 된 재료는 전기, 기계적 라이트닝 바카라 기능을 제공하고 재료에 부가 가치를 제공 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
참고 2) 분광 엘립 소 트리 메소드: 입사광의 분극 상태를 다양하게 변화시키고 샘플을 통과하는 광선의 분극 상태 변화로부터 샘플의 특성을 분석하고 설명하는 분석 방법 현재, 이것은 박막의 두께 및 라이트닝 바카라 상수를 결정하는 일반적인 방법이며, 유전체, 반도체, 금속 및 유기 필름과 같은 다양한 물질을 분석하는 데 사용됩니다 (그림 1)[참조로 돌아 가기]
참고 3) 편광 조명: 빛은 전자기파의 한 유형이며 전기장 (또는 전기장에 수직 인 자기장)이 전자파 (x- 과축 방향)의 이동 방향 (z 축 방향) 방향으로 진동하는 횡파입니다 편광은 XY 평면에서 전기장 벡터가 어떻게 진동하는지를 말하며, 전기장 벡터가 선형으로 진동하는 "선형 편광"과 "원형 편광"을 포함하는 방법을 말합니다[참조로 돌아 가기]
참고 4) 신호 신호: 약간 다른 주파수 (이 논문의 빛)를 가진 두 파도가 중첩되면 저주파에서 다양한 진폭이있는 복합 파가 생성됩니다 결합 된 파의 주파수는 두 파의 주파수 사이의 차이와 같습니다 이 저주파 신호를 "신음"이라고합니다[참조로 돌아 가기]
주 5) 주파수 링크: 하나의 주파수 대역 (강도, 주파수, 위상, 정확도, 정확도, 불확실성 등)에 대한 정보를 다른 주파수 대역에 연결하는 방법 라이트닝 바카라 빗 기술을 통해 빛의 주파수를 무선 파 (전자 레인지)의 주파수와 직접 연결할 수있었습니다 이를 통해 방송파 (전자 레인지) 주파수 (수십 Megahertz)에서 직접 측정하기 어려운 라이트닝 바카라 주파수 (수백 개의 Terahertz)에 대한 정보를 측정 할 수 있으며 라이트닝 바카라 주파수 정보의 측정 성능이 크게 향상되었습니다[참조로 돌아 가기]
참고 6) 멸종 계수: 굴절률은 진공 상태에서 빛의 속도를 재료의 빛의 속도 (또는보다 정확하게 위상 속도)로 나누어 얻은 값입니다 복잡한 굴절률이라고 불리는 물리적 양은 굴절률 의이 정의를 광 흡수를 갖는 물질로 확장하기 위해 정의된다 복잡한 굴절률 m이 실제 부분과 가상 부분으로 분해되고 m = n-ik로 표현 될 때, 실제 부품 n은 정상 굴절률을 나타내고, 가상 파트 k을 멸종 계수라고하며, 광 흡수 정도가 표현된다[참조로 돌아 가기]

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