Ellipsometria

La ellipsometría es una técnica óptica no destructiva para caracterizar superficies y capas delgadas midiendo el cambio de polarización de la luz al reflectar en la muestra. Se expresa mediante la razón de reflectancia compleja rho = r_p / r_s, que se escribe como rho = tan(psi) e^{i delta}. Psi es el ángulo cuya tangente equivale a la relación de amplitudes entre las componentes paralela (p) y perpendicular (s) a la polarización, y delta es la diferencia de fase entre esas componentes. Medidas de psi y delta, ya sea como función de longitud de onda (ellipsometría espectroscópica) o a distintos ángulos de incidencia, permiten determinar espesor de capas y constantes ópticas de films.

Para interpretar los datos se usa un modelo de la pila de capas (substrato, películas y interfaces). Los parámetros (espesores y n, k de cada capa) se ajustan para reproducir las curvas de psi y delta. Este enfoque puede obtener espesores subnanométricos y perfiles dispersivos de n y k, así como información de rugosidad e interfacial. SE es común en semiconductores, recubrimientos y materiales 2D.

Instrumentalmente, un sistema típico incluye una fuente de luz, un polarizador, un analizador y un detector; a veces se emplea un compensador o modulador para variar la fase. Existen configuraciones de ellipsometría de null, rotatoria y de espectroscopia (VASE) o imaging, que permiten trabajar con superficies planas o con imágenes de áreas.

Entre las aplicaciones se cuentan la caracterización de recubrimientos ópticos y superficies, la monitorización de deposición de películas en microelectrónica y la investigación de interfaces en celdas solares, grafeno y materiales orgánicos. Sus ventajas incluyen alta sensibilidad a espesor y a propiedades ópticas, medición no destructiva y sin contacto; sus limitaciones derivan de la necesidad de un modelo físico adecuado y de posibles ambigüedades en estructuras complejas.