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205 030 – TP Polarisation par
Prérequis : Polarisation de la lumière
Contenu : notice de montage, idées de TP corrigées ; utilisation du logiciel.
Manipes proposées :
a. Etude de la loi de Malus
b. Polarisations circulaire et elliptique
c. Polarisation par réflexion sur une surface vitreuse
d. Introduction à l'ellipsométrie
V : 91-06
réflexion et ellipsométrie
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Manuels Connexes pour OVIO 205030
Sommaire des Matières pour OVIO 205030
- Page 1 205 030 – TP Polarisation par réflexion et ellipsométrie Prérequis : Polarisation de la lumière Contenu : notice de montage, idées de TP corrigées ; utilisation du logiciel. Manipes proposées : a. Etude de la loi de Malus b. Polarisations circulaire et elliptique c.
- Page 2 Tableaux récapitulatifs – comparaison à des valeurs théoriques ..........25 IV. COMPLEMENTS : LOGICIEL « ELLIPSO.EXE » ............ 27 Page d’accueil :............................... 28 ii. Explication de la fenêtre : .......................... 29 iii. Utilisation ................................ 29 2 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 3 1 coffret en bois de 4 échantillons : Lame de verre Aluminium non protégé Echantillons Or non protégé Silicium 1 loupe de lecture à éclairage annulaire Accessoires 1 utilitaire de calcul à télécharger Logiciel 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 3...
- Page 4 Cette « graisse » dégrade à long terme la surface et modifie son indice. Ces précautions de manipulation sont à conserver sur les surfaces optiques des polariseurs et λ/4. 4 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 5 écran ou d’une règle plastique graduée que la hauteur est conservée tout le long du chemin optique. 2) Expérience n°1 : loi de Malus Alignement Matériel : la source laser sur tige, 2 polariseurs, le puissance-mètre en monture 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 5...
- Page 6 38° (P mesurée = 110 µW) présente un maximum de signal lorsque le polariseur est positionné sur -50° (P mesurée = 250 µW). Ce faisceau laser est donc faiblement elliptique. 6 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 7 Insertion de la première lame quart d'onde. Remarques : Le faisceau laser doit passer au centre de l’optique, et la monture doit rester perpendiculaire à l’axe optique sans induire de modifications au pointé du laser. 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 7...
- Page 8 En positionnant la lame biréfringente à 45° du polariseur et en faisant tourner l’analyseur sur 360°, on observe une variation de puissance entre 55 et 64 µW. La polarisation est alors faiblement elliptique / quasi-circulaire. 8 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 9 Quelle est la différence entre les cas où la lame quart d’onde est orientée à +45° et celui où elle est orientée à - 45° ? Quart d’onde fixée à +45° 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 9...
- Page 10 Extinction moyenne Observation Quasi rectiligne moyenne + 145° > Quasi circulaire 220° Cas n°2 : où λ/4 est selon -45° : mêmes tableaux mais l’ellipse tourne dans l’autre sens 10 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 11 Mettre la lame quart d’onde n°2 de manière à ce que l’extinction soit rétablie (résultat : index à 0° Polarisation Polarisation Polarisation résultante : incidente : rectiligne résultante : rectiligne verticale verticale rectiligne verticale 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 11...
- Page 12 Tourner la lame n°1 de 90° : la mettre sur 47° ( = -43° +90°) Cas où lame n°2 est sur 0° : extinction pour A sur -47° Cas où lame n°2 est sur 90° : extinction pour A sur +43° 12 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 13 Ces mesures photométriques permettent, à l’aide des lois de Descartes de la réfraction sur une interface optique, de remonter aux valeurs des coefficients de réflexion (en intensité) d’une surface vitreuse. Les valeurs expérimentales obtenues seront confrontées aux valeurs théoriques. 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 13...
- Page 14 Faisceau incident verre. superposé au rayon réfléchi Lorsque l’on positionné à incidence nulle, faisceau réfléchi par la surface se superpose au faisceau incident. Polariseur Configuration de l'incidence nulle circulaire 14 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 15 P (mesurées en µW). Ces deux max, || max, ┴ valeurs P et P serviront de référence pour la suite pour chacune des polarisations. max, || max, ┴ 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 15...
- Page 16 % P || (µW) % P perp i (°) tr, ┴ tr,||. 0,175 0,174 2,830 0,042 4,740 0,046 0,218 0,216 2,770 0,041 4,860 0,047 0,262 0,259 2,680 0,039 4,990 0,048 16 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 17 NB : Ici, nous mesurons des intensités réfléchies, il ne faut donc pas oublier que : �� = | �� |² �� �� Nous pouvons retracer ces courbes r = f(θ) et les comparer aux valeurs théoriques (voir page suivante) 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 17...
- Page 18 Un échantillon à sonder qui joue le rôle de « lame biréfringente » dont on ne connaît pas le déphasage (c’est ce que l’on recherche) Un analyseur A Polariseur Quart d’onde circulaire Configuration de l'ellipsomètre 18 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 19 Sous de fortes incidences, le faisceau laser s’élargit. Faire attention à ce que cette tache reste centrée sur l’échantillon, ou au minimum non masquée par la monture. 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 19...
- Page 20 Analyseur A ∈ [0°; +90°] Polariseur P ∈ [-135 ; +45°] Couple 2 : 2è série de mesures Analyseur A ∈ [90°; +180°] Polariseur P ∈ [-45 ; +135°] 20 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 21 Bras n°1 : Une lame quart d’onde à la suite du polariseur P Bras n°2 : un polariseur linéaire, ou analyseur A, avant le puissance-mètre laser Polariseur Quart d’onde circulaire Configuration de l'ellipsomètre (rappel) 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 21...
- Page 22 à θ = 0° o tourner la sur-platine de manière à ce que le faisceau incident se superpose au faisceau réfléchi o mettre le bras n°1 à θ + 70° 22 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 23 Nous remarquons que les indices optiques des différents échantillons ont variés de manière assez significative lors du changement de longueur d’onde, sauf dans le cas de la lame de verre où la dispersion en longueur d’onde n(λ) reste assez faible. 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 23...
- Page 24 : l’angle d’incidence que l’on peut estimer à ± 1° par rapport à ce qui est annoncé. L’alignement optique et la stabilité du système La propreté des surfaces sondées 24 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 25 2012, Olmon et al. Or évaporé sur [0.3 ; 24.93] μm http://refractiveindex.info/?shelf=main&book=Au&page=McPeak; 2015, McPeak et al. Film mince sur [0.3 ; 1.7] μm http://refractiveindex.info/?shelf=main&book=Au&page=Rakic; 1972, Johnson and Christy, sur [0.188 ; 1.937] μm 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 25...
- Page 26 �� = ������ ���� �� �� Angle d’incidence 1,575 0,014 1,556 0,008 60° Angle d’incidence 1,538 0,028 1,528 0,056 70° Valeurs 1.54 1.54 théoriques http://www.pveducation.org/pvcdrom/materials/optical-properties-of-silicon/ sur [400; 1100] nm 26 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 27 Le n° de licence fourni lors de l’achat du TP est à rentrer dans les champs pour télécharger le logiciel. Pour l’installer sur votre ordinateur, suivez les indications. 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 27...
- Page 28 Rappel : couple de mesure : ∈ [-45° ; 135°] et A ∈ [0° ; 90°] couple de mesure : ∈ [-135° ; 45°] et A ∈ [90° ; 180°] 28 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...
- Page 29 « Entrée » au clavier. Il se peut donc (si oubli de la dernière validation « Entrée ») que le logiciel donne un résultat (n ;k) mais qui ne sera pas correct. 205 030 Ellipsométrie – © Ovio Instruments version 91-06 • 29...
- Page 30 Des services au quotidien 30 • 205 030 Ellipsométrie - © Ovio Instruments version 91-06...