پاورپوینت بیضی سنجی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

بیضی سنجی

اسلاید 2 :

روشهای شناسایی نانوساختارها
روشهای طیف سنجی
بیضی سنجی

اسلاید 3 :

بیضی سنجی
بیضیسنجی یک روش توانمند و غیرمخرب برای آنالیز لایههای بسیار نازک است.
این روش قادر به اندازهگیری ضریب شکست، ضریب جذب و ضخامت لایههای نازک است.
این وسیله بر این اساس کار میکند که بازتاب از فصل مشترک (سطح) دیالکتریک میتواند قطبش و فاز موج ورودی را تغییر دهد.
این روش میتواند خواص مختلفی از قبیل ضخامت، خواص نوری، مورفولوژی و حتی ترکیبات شیمیایی لایه را نیز مشخص کند.
به کمک این روش میتوان نمونههای چندلایهای را نیز بررسی و مطالعه نمود.

اسلاید 4 :

بیضیسنجی یک روش توانمند و غیرمخرب برای آنالیز لایههای بسیار نازک است.
بیضیسنجی در حوزههایی از قبیل زیست شناسی و پزشکی نیز روز به روز بیشتر مورد توجه قرار میگیرد.
بیضیسنجی یک روش اپتیکی بسیار حساس است. این حساسیت به دلیل تغییر فاز نسبی نور قطبیدهای است که از یک لایه نازک منعکس میشود و یا از میان آن عبور میکند.
اندازهگیری این تغییر فاز را میتوان در یک طول موج یا چندین طول موج و در یک زاویه برخورد یا در زوایای برخورد متفاوت انجام داد.

اسلاید 5 :

اساس کار بیضی سنجی
در این روش نور منبع به عنوان موج الکترومغناطیسی و غیرقطبی، بهوسیله قطبیکننده، خطی و قطبیده میشود.
سپس توسط یک جبرانکننده، قطبش خطی به قطبش دایرهای تبدیل میگردد.
بعد از برخورد نور قطبیده شده به نمونه و بازتاب از سطح نمونه و به ترتیب پس از عبور از جبران کننده دیگر و همچنین عبور از قطبی کننده دوم که آنالیزور نامیده میشود، به آشکارساز میرسد تا شدت آن تعیین شود.

اسلاید 6 :

پس از تعیین شدت نور بازتاب شده از سطح نمونه، متغیرهای بیضیسنجی ( Δو ψ) از رابطه اصلی بیضیسنجی محاسبه میگردند و با مدلسازی این توابع به وسیله بانک اطلاعاتی، میتوان به خواص نوری لایه پی برد.
نقشه خواص در یک ناحیه مشخص سطح با استفاده از بیضی سنجی نیز امکان پذیر است.
به جای جبرانکننده میتوان از مدوله کننده فاز نیز استفاده کرد.

اساس کار بیضی سنجی

اسلاید 7 :

در بیضیسنجی، زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است.
نور با قطبش موازی یا عمود بر صفحه تابش (صفحه تابش عمود بر نمونه است) به ترتیب نور قطبیده p و sنامیده میشود.
دو تابش تقویت شده s و p بعد از بازتاب از سطح به حالت اولیه خود بر میگردند، که به ترتیب دارای دامنههای rs وrp هستند و نسبت rp به rs بر اساس معادله زیر اندازهگیری میشود:
اساس کار بیضی سنجی
P تغییرات قطبش، tan(ψ)نسبت دامنه بازتاب است که نسبت تغییرات برای نور با قطبش s وp را نشان میدهد و ∆ بیانگر جابهجایی نسبی فاز است.
در بیضی سنجی دو کمیت tan(ψ)و ∆ اندازهگیری میشود.

اسلاید 8 :

بیضی سنجی روشی دقیق و تکرارپذیر است.
این روش به پخش نور حساس نیست و در آن نیازی به نمونه مرجع برای تصحیح روش وجود ندارد.
در نمونههایی که لایه از نظر نوری کاملاً یکنواخت، همگن و همسانگرد باشد، با استفاده از دادههای Δو ψ بهطور مستقیم میتوان خواص مواد را به دست آورد.
در نمونههای پیچیدهتر، با در نظر گرفتن ثابت های نور مانند تابع دیالکتریک یا ضریب شکست و پارامترهای ضخامتِ هر یک از لایه ها، بایستی یک مدل طراحی شود.
در بیضی سنجی برای هر طول موج طیف، حداقل دو کمیت اندازه گیری میشود و در این روش نسبت شدتها به جای شدت اندازهگیری میشود.
این روش کمتر تحت تأثیر شرایط محیط، تغییر شدت نور منبع است.
بیضی سنجی بی نیاز از اندازه گیری مرجع است.
اساس کار بیضی سنجی

اسلاید 9 :

مدلهایی که برای محاسبه توابع دیالکتریک در بیضی سنجی به کار گرفته میشود، عبارتند از:
اساس کار بیضی سنجی
مدل نوسانی لورنتس
Lorentz Oscillator Model
معادله سلمیر
Sellmeier
معادله کوشی
Cauchy Equation
مدل درود
Drude
معادله
Tauc-Lorentz
تئوری محیط موثر
Effective Medium Theory

اسلاید 10 :

انواع دستگاه های بیضی سنج
بعضی از دستگاههای بیضیسنج دارای آنالیزور چرخاناند که در آنها از سیستم چرخش همزمانِ آنالیزور برای شناساییِ نورِ قطبیده شده پس از بازتاب از سطح، استفاده میشود.
با اعمال اصلاحات بهگونهای که آنالیزور به کمک موتور حول محور تابش چرخانده شود، میتوان بیضیسنجهای معمولی را به بیضی سنج با آنالیزور چرخان تبدیل کرد.
سرعت این نوع آنالیزور سریع است و جمعآوری دادهها، آنالیز آنها و تعیین ضخامت در حدود 5 ثانیه قابل انجام است.
دقت اندازهگیریِ ضخامت در حدود یک آنگستروم است.
بیضی سنج با آنالیزور چرخان به دلیل دقت و سرعت بالا در بررسی واکنشها به ویژه واکنشهایی که در لایه نازکی بر روی سطح روی میدهد، استفاده میشود.

اسلاید 11 :

انواع دستگاه های بیضی سنج
در بعضی دیگر از بیضی سنجها از یک مدولاتور قطبیده استفاده میشود که دقت آن در اندازهگیری زوایا 0/001 درجه است و حدود 30 ثانیه زمان نیاز است تا ثابت های نوری n و k در یک طول موج تعیین شود.
در بیضی سنجهای همزمان (In Situ) که روشی دینامیکی است، برای ثبت تغییرات نمونه در حین فرایندهایی مانند رشد لایه نازک، تمیز شدن نمونه، اثر اسیدشوییها، ایجاد خراش در شرایط ویژه استفاده میشود.
در بیضی سنجهای همزمان میتوان سرعت رشد یا سرعت فرایندی که مطالعه میشود را تعیین کرد و همچنین تغییرات خواص نوری نسبت به زمان اندازهگیری میشود.
در این روش وسایل جانبی مانند آینه، عدسی و منشور برای متمرکز کردن نور روی نمونه نیاز است.

اسلاید 12 :

انواع دستگاه های بیضی سنج
در دستگاههای بیضیسنج با قابلیت تخلخلسنجی، تغییرات ویژگیهای نوری و ضخامت، در حین فرایند جذب و یا واجذب مواد فرار در فشار اتمسفر یا فشارهای پایین اندازهگیری میشود.
این دستگاه میتواند اندازه حفرهها و توزیع آنها در لایههای بسیار نازک را با ضخامت کمتر از 10 نانومتر نیز شناسایی کند.
میتوان بیضی سنجی را در گسترهای از طولموج و با استفاده از آشکارسازهای چند کانال مانند CCD و یا در تکطولموج، انجام داد.

اسلاید 13 :

انواع دستگاه های بیضی سنج
در نوع دیگری از بیضیسنج از طیف سنجی مادون قرمز استفاده میشود که در مطالعه نمونههای رسانا به کار گرفته میشود و با تلفیق بیضی سنج با یک میدان مغناطیسی خارجی می توان چگالی، تحرک نوری، بارهای آزاد و جرم مؤثر را بررسی کرد.
در دستگاههای بیضی سنج با یک طول موج، از یک منبع نور تک طول موج استفاده میشود که در بیضی سنجهای لیزری معمولاً یک لیزر در ناحیه مرئی به کار گرفته میشود.
این نوع بیضی سنج، پرتو لیزر را روی یک نقطه متمرکز میکند، قدرت لیزر نسبت به منابع با گسترهای از طول موج ها بسیار بیشتر است.
از این نوع بیضی سنج میتوان برای تصویر برداری استفاده کرد.

اسلاید 14 :

چنانچه امکان تبدیل نور پلاریزه s و pبه یکدیگر وجود نداشته باشد، از بیضیسنجهای معمولی استفاده میشود که میتواند برای نمونههای بی شکل و مواد بلوری با ساختار مکعبی به کار برده شود.
در دستگاه بیضی سنج، با استفاده از CCD به عنوان آشکارساز میتوان بهطور لحظهای تصویر تهیه کرد، که اطلاعات مفیدی درباره ضخامت لایه و ضریب شکست نمونه ارائه میکند.
در بیضیسنجهای لیزری، نور لیزر بعد از عبور از قطبی کننده و سایر قسمتهای بیضیسنج به صورت بیضوی قطبیده میشود و سپس این نور قطبیده از سطح نمونه بازتاب میشود و پس از عبور از آنالیزور، در CCD تصویر تشکیل میشود.
انواع دستگاه های بیضی سنج

اسلاید 15 :

نمونههای مورد مطالعه در بیضی سنج
با استفاده از بیضیسنج، حتی لایههایی که ضخامت آنها کمتر از ضخامت یک اتم منفرد است را نیز میتوان بررسی کرد.
نمونه مورد مطالعه بایستی متشکل از تعدادی لایه مشخص باشد و از نظر نوری یکنواخت، ایزوتروپ (دارای خواص فیزیکی مشابه) و غیر جاذب باشد.
چنانچه نمونهای این ویژگیها را نداشته باشد، باید از تکنیکهای پیشرفتهتر بیضیسنجی استفاده کرد.

اسلاید 16 :

کاربردهای بیضی سنجی
بیضیسنجی کاربردهای گوناگونی در علوم مختلف دارد که معمولاً برای شناسایی سطح مشترک و لایههای نازک استفاده میشود.
جذب گونههای مولکولی و یا اتمی روی سطح نمونههایی که در محیط مایع یا گاز قرار گرفتهاند، به کمک بیضی سنجی که تکنیکی غیر مخرب است، مطالعه میشود.
در بعضی از واکنشها، فرایند جذب به طور مثال با اعمال حرارت برگشتپذیر است. با استفاده از بیضیسنج واکنشهایی از این نوع را نیز میتوان مورد مطالعه و بررسی قرار داد.
از روش بیضیسنجی در مطالعه اکسیداسیون نیمهرساناها و فلزات در محیطهای مختلف میتوان استفاده کرد و رشد لایه اکسید روی سطح را در محیط های گازی یا محیط های مایع مورد بررسی قرار داد.
بیضی سنجی در مطالعه فرایند الکتروشیمی نیز استفاده میشود؛ با این روش میتوان فصل مشترک الکترود-الکترولیت را به طور همزمان بررسی کرد.

اسلاید 17 :

میتوان بیضی سنجی را همزمان با سایر روشهای اندازهگیری الکتروشیمیایی (مانند ولتاژ–جریان و ظرفیت) انجام داد.
فرایندهای الکتروشیمیایی مانند جذب یونی، اکسیداسیون آندی، خوردگی، غیر فعال سازی و جلا دادن الکتریکی را میتوان با استفاده از بیضیسنج مطالعه و بررسی کرد.
در صنعت نیمهرسانا، برای اندازهگیری ضخامت لایههایی مانند اکسیدها و نیتریدها روی سیلیکون، بهخصوص با ضخامتهای کمتر از 500 آنگستروم، از روش بیضی سنجی استفاده میشود.
یکی از کاربردهای بیضی سنجی در داروسازی و پزشکی است که واکنش آنتیژن–آنتیبادی در لایه های نازک قابل بررسی است.
از طرفی بیضی سنجی برای مطالعه آسیبهای ناشی از تشعشع در جامدات، آسیب دیدگی مکانیکی سطوح نیمهرسانا و دیالکتریک کاربرد دارد.

کاربردهای بیضی سنجی