MÉTHODE PHOTOMÉTRIQUE ET DIGITALE

DE DÉTERMINATION DE L’ÉPAISSEUR ET DES CONSTANTES OPTIQUES D’UNE COUCHE MINCE ABSORBANTE

B. Aka

Département des Sciences et Technologie / Ecole Normale Supérieure - Abidjan

22 BP 1561 Abidjan 22, COTE D'IVOIRE

* Corresponding author. E-mail : akabm@ci.refer.org

Received 17 February 2001

Abstract

We describe a full method of determining the thickness and the complex refractive index N = n + ik of a thin absorbing film deposited onto a transparent substrate, from measured values of the normal incidence reflectance Rexp and transmittance Texp at the wavelength interval 0.3 – 2.5 µm.

The applicability of the method requires the existence of maxima and minima on the Rexp(l ) and Texp(l ) spectra due to interference phenomena. One distinguishes two spectra regions :

in the weak absorption region where the extrema appear, the corresponding values only of the transmittance Texp lead to the successive calculation of refractive index n, thickness d and the extinction coefficient k of the film.

In the high absorption region, the value of the couple (n, k) is calculated by mean of digital treatment using experimental values Rexp and Texp. The method is applied to a-Si:H samples prepared by Photo-CVD technique. The thickness d and the value of the couple (n,k) measured at the wavelength l = 6 328 Å by ellipsometry technique show a good agreement with the present method.

Keywords: Optical characterization; Reflectance; Transmittance; Refractive index; Absorption coefficient; Ellipsometry; Optical band gap; Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H).

Résumé

Nous décrivons une méthode complète de détermination de l’épaisseur et de l’indice de réfraction complexe N = n + ik d’une couche mince absorbante, déposée sur un substrat transparent, à partir des valeurs expérimentales en incidence normale de la réflexion Rexp et de la transmission Texp, dans la gamme spectrale de 0.3 – 2.5 µm .

La mise en œuvre de la méthode nécessite la présence de maxima et de minima dans les spectres Rexp(l ) et Texp(l ), due au phénomène d’interférence. On distingue deux régions du spectre :

Dans la zone de faible absorption où apparaissent les extrémums, les valeurs correspondantes uniquement à la transmission Texp permettent de calculer successivement l’indice de réfraction n, l’épaisseur d et le coefficient d’extinction k du film.

Dans la zone de forte absorption, la valeur du couple (n,k) est déterminée à l’aide d’un simple calcul informatique combinant les valeurs expérimentales Rexp et Texp. La méthode est utilisée pour la caractérisation optique des échantillons de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) déposés par la technique Photo-CVD.

L’épaisseur d et la valeur du couple (n,k) mesurées à la longueur d’onde l = 6 328 Å par la technique d’ellipsométrie montrent le bon accord avec la présente méthode .

Mots clés : Caractérisation optique; Réflexion; Transmission; Indice de réfraction; Coefficient d’absorption; Ellipsométrie; Gap optique; Silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H).

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