Ellipsometry based spectroscopic complex for rapid assessment of the Bi2Te3-xSexthin films composition

A comparative analysis of the current state and development of spectral ellipsometry (SE) is carried out, the main limitations typical of popular configurations of measuring devices are determined. An original technical solution is proposed that allows one to create a two-source SE that implements the ellipsometry method with switching orthogonal polarization states. The measuring setup provides high precision of measurements of ellipsometric parameters Ψand Δin the spectral range of 270–2200 nm and the speed determined by the characteristics of pulsed sources with a simple ellipsometer design.As objects for experimental researches, confirming the efficiency and high precision qualities of the fabricated SE, we used a GaAs/ZnS-quarter-wave device for a CO2laser and SiO2on Si calibration plates. The optical properties of Bi2Te3-xSexfilms were investigated in the range of 270–1000 nm using a multi-angle SE. It was shown that the optical properties of Bi2Te3-xSexfilms monotonically change depending on the ratio of selenium and tellurium.

W artykule najpierw dokonano analizy porównawczej obecnego stanu rozwoju elipsometriispektroskopowej oraz określono główne ograniczenia typowe dla popularnych konfiguracji urządzeń pomiarowych. Zaproponowano oryginalne rozwiązanie techniczne pozwalające na stworzenie dwuźródłowego elipsometu spektroskopowego z przełączaniem ortogonalnych stanów polaryzacji. Układ pomiarowy zapewnia wysoką precyzję pomiarów parametrów elipsometrycznych Ψ i Δ w zakresie spektralnym 270–2200 nm i prędkości wyznaczonej przez charakterystyki źródeł impulsowych przy prostej konstrukcji elipsometru. Jako obiekty do badań eksperymentalnych potwierdzających wydajność i wysoką precyzję proponowanego elipsometu spektroskopowego, wykorzystano ćwierćfalowy przyrząd GaAs/ZnS dla lasera CO2oraz płytki kalibracyjne SiO2na krzemie. Właściwości optyczne warstw Bi2Te3-xSexzbadano w zakresie 270–1000 nm przy użyciu wielokątowego elipsometu spektroskopowego. Wykazano, że właściwości optyczne cienkich warstw Bi2Te3-xSexzmieniają się monotonicznie w zależności od stosunku zawartości selenu i telluru.