Применение метода спектральной эллипсометрии для характеризации наноразмерных многослойных пленок

Тонкие пленки с магнитными слоями – важный класс наноструктурируемых материалов, используемых в наноэлектронике и спинтронике. Методы производства тонких пленок позволяют контролировать толщины слоев с точностью до нанометра. Однако свойства пленок могут отличаться от массивных материалов. Это связано со структурными параметрами, такими как размер кристаллитов, а также с качеством интерфейсов, промежуточных слоев и диффузии. Поэтому стоит задача контроля физических свойств отдельных слоев. Эллипсометрические методы  являются перспективными для такого контроля, так как они позволяют производить измерения оптических параметров отдельных слоев уже в процессе производства. Метод определения параметров основан на минимизации функционала, образованного путем сравнения экспериментальных данных и модельных расчетов. В случае магнитных пленок работает объединение двух подходов: эллипсометрии и магнитооптики (МО).  При этом для модельных расчетов используется общий подход в рамках представлений матричной оптики.   

В данной работе методом эллипсометрии были определены толщины и оптические параметры пленок SiO2/Si с точностью не менее 1%. Далее метод применялся для анализа пленок Cr/NiFe/sital с разной толщиной слоя Cr.  В пленках наблюдается изменение знака магнитооптической константы при определенной толщине слоя хрома, поэтому представляет особый интерес измерение оптических констант наноразмерного Cr вблизи критической толщины.  Продемонстрирована возможность одновременного определения толщин отдельных нанослоев и их комплексных показателей преломления. В ходе дальнейших исследований планируется применять метод МО керровской эллипсометрии для одновременной оптической и магнитной характеризации магнитных гетероструктур. При этом может быть использован экваториальный МО эффект, который приводит к изменению интенсивности только p-поляризованной волны и, соответственно, полностью совместим с эллипсометрическими методами. 

Научный руководитель-проф. Панина Л.В