가변 입사각 타원 해석법을 사용한 유리기판위의 이산화규소박막의 굴절율 및 두께 측정

방현용,김현종,김상열,김병익,Pang, H. Y.,Kim, H. J.,Kim, S. Y.,Kim, B. I. 한국광학회 1997 한국광학회지 Vol.8 No.1

We measured refractive indices and thicknesses of SiO$_2$ thin films that have been plated on LCD glass substrate for the purpose of preventing the out-diffusion of sodium ions. The best experimental condition to determine refractive index and thickness of SiO$_2$ thin film by using ellipsometry is searched for, where ⅰ) the film thickness is increased uniformly by 20 $\AA$ from 0 $\AA$ to the period thickness while the angle of incidence is fixed and ⅱ) the angle of incidence is increased uniformly by 1$^{\circ}$ from 45$^{\circ}$ to 70$^{\circ}$ while the film thickness is fixed. We estimated the errors in determining the refractive index and thickness by comparing the measurement error of $\Delta$ and Ψ with the calculated one. The ellipsometric constants of SiO$_2$ thin film on LCD glass substrate are measured at several angle of incidence around the Brewster angle, which is the best angle if the experimental error of ellipsometer is not sensitive to the incident angle. Also the best fit refractive index and thickness of SiO$_2$ thin film to these ellipsometric constants measured at several angle of incidenc eas well as the best fit ones to the SE data are obtained using regressional analysis. 나트륨 이온의 용출을 방지하기 위해 LCD용 유리기판위에 입혀진 SiO$_{2}$ 박막의 굴절율 및 두께를 측정하였다. 입사각을 고정하고 박막의 두께를 0 .angs.부터 주기 두께까지 20.angs.씩 증가시키며 계산한 타원해석상수와 두께를 고정하고 입사각을 45.deg에서 70.deg까지 1.deg.씩 증가시키며 계산한 타원해석상수를 이용하여 LCD용 유리기판위에 증착된 SiO$_{2}$ 박막의 굴절율 및 두께 측정에서의 최적 측정 조건을 구하였다. 최적 측정 조건에서 굴절율 및 두께의 변화에 따른 타원해석상수 .DELTA.와 .PSI.의 변화를 계산하여 .DELTA.와 .PSI.측정 상의 오차와 비교하여 굴절율 및 두께 결정 시의 오차를 추정하였다. 최적 측정 조건인 Brewster 각 근방에서의 여러 입사각에서 LCD용 유리기판위에 입혀진 SiO$_{2}$ 박막의 타원해석상수 .DELTA.와 .PSI.를 측정하고, 이 측정값에 최적 맞춤하는 SiO$_{2}$ 박막의 굴절율 및 두께를 회귀분석방법을 사용하여 전산 계산하고 분광타원해석법에 의한 박막의 두께 및 굴절율과 비교하였다.

Elli - situ 2000 (in situ, 실시간 표면 및 박막 모니터장비)

방현용,주한용 한국진공학회 2000 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.- No.-

보급형 He - Ne 타원해석기의 제작과 TiO₂ 박막 유효밀도 변화의 in situ 측정

김상준,방현용,김상열 한국진공학회 1999 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.- No.-

PECVD 방법으로 성장시킨 DLC 박막의 복소굴절율 및 성장조건에 따른 박막상수 변화

김상준,방현용,김상열,김성화,이상현,김성영 한국광학회 1997 한국광학회지 Vol.8 No.4

The complex refractive index of Diamond-like Carbon (DLC) thin films, which can be applied to optical devices or electrical devices, have been determined using optical methods. DLC thin films are grown on Si(100) substrates and vitreous silica substrates respectively, using the technique of plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The spectroscopic ellipsometry data($\psi$, $\Delta$) and the transmission spectra of these DLC films are obtained. These optical spectra are analyzed with the help of the Sellmeier dipersion relation and a quantum mechanically derived dispersion relation. Using spectroscopic ellipsometry data at their transparent region, the refractive index and the effective thickness of DLC films on vitreous silica are model calculated, Then the transmission spectra are inverted to yield the extinction coefficient spectra k(λ) at absorbing region. These spectra are fit to the quantum mechanical dispersion relation and the best fit dispersion constants are determined. The complex refractive indices are easily calculated with these constants. The spectroscopic ellipsometry data at the absorbing region in model calculated to give the packing densities and the degrees of surface microroughness of DLC films. Discussions are made in correlation with the growth condition of DLC films. 광학소자나 전자소자의 코팅에 많이 이용되고 있는 Diamond-like Carbon(DLC) 박막의 복소굴절율을 광학적 방법을 사용하여 구하였다. PECVD(Plasma enhanced CVD)법에 의해 Si(100)기판과 비정질실리카 기판위에 각각 성장시킨 DLC 박막을 분광타원해석기와 분광광도계를 이용하여 타원해석 스펙트럼과 광투과율 스펙트럼을 측정하고, Sellmeier 분산관계식과 양자역학적 진동자 모델을 이용하여 분석하였다. 비정질실리카 위에 증착된 DLC 박막의 광투과영역에서 분광타원해석분석으로 굴절률 및 박막의 유효두께를 구하고 광흡수영역에서 투과스펙트럼을 역방계산하여 소광계수를 구한 뒤, 이 소광계수 스펙트럼에 최적 근사하는 양자역학적 분산식의 계수들을 회귀분석법으로 결정하여 복소굴절율을 구하였다. 그리고 모델링방법을 타워해석 스펙트럼에 적용하여 Si기판과 비정질이산화규소 기판위에 증착된 DLC 박막의 조밀도, 표면거칠기 등 박막상수를 박막의 성장조건에 따라 분석하였다.

코로나 극성배향이 비선형 고분자박막의 복소굴절율에 미치는 영향 및 배향효과의 정량화

길현옥,김상준,방현용,김상열 한국광학회 1999 한국광학회지 Vol.10 No.3

대표적인 이차 비선형 광학 물질인 곁가지형 NPP(N-(4-nitrophenyI)-(L)-prolinol) 고분자 박막을 스핀코팅으로 제작하였다. 위상변조방식의 분광타원해석기를 사용하여 코로나 특성배향법으로 온도와 전기장을 변화시켜가며 실시간으로 타원해석 스펙트럼을 측정하였다. 광투과영역에서의 타원해석상수를 모델링분석하여 박막의 두께를 구하였고, 광합수영역에서는 타원해석상수의 역방계산을 통해 굴절율과 소광계수를 구하였다. 분광광도계를 사용하여 배향 전후 각각의 상태에 따른 광 투과율 스펙트럼을 측정한 후 이를 되먹임 관계식에 적용하여 구한 소광계수가 분광타원해석법으로 결정한 결과와 일치함을 확인하였다. 또한 두께가 비교적 얇은 시료의 타원해석 스펙트럼을 코로나배향 전후에 걸쳐 분석한 후 시료 면에 수직한 수직 복소굴절율과 시료 면에 평행한 수평 복소굴절율을 각각 결정하였다. 이 수직과 복소굴절율을 기준데이터로 사용하고 모델링 과정을 적용하여 배향의 각 단계별로 유효 수직조성비를 결정하여 두꺼운 고분자 박막의 배향된 정도를 정량화하는 분석모델을 제시하였다. We prepared the side-chain type nonlinear optical NPP(N-(6-nitrophenyl)-(L)-prolinol) polymer films by spin coating method. Ellipsometric spectra were in situ collected by using spectroscopic phase modulated ellipsometer while the NPP polymer films were being corona poled at the temperature above glass transition. We calculated film thickness and the refractive index dispersion by modeling the spectro-ellipsometry data in transparent region. We also calculated the refractive index and the extinction coefficient of the polymer films by numerically inverting the spectro-ellipsometry data in absorbing region, while the previously determined film thickness was used. The independently determined extinction coefficient spectra from the analysis of transmission spectra were compared with those by spectro-ellipsometry and they showed an excellent agreement with each other. From the analysis of the complex refractive index change of the NPP polymer thin films induced by the corona poling, we could determine the vertical complex refractive index and the horizontal complex refractive index separately. Using the volume fraction of the vertical component f⊥, the degree of poling of poled NPP polymer films was quantitatively addressed. It is suggested that the present method can be used to quantitatively address the degree of poling in an absolute manner and to depth profile the poled fraction of thick polymer films. It will be useful to understand the structural change of polymer films and hence the poling mechanism during the poling process.

보급형 He - Ne 타원해석기의 제작과 TiO₂ 박막 유효밀도 변화의 in - situ 측정

김상준(Sang-June Kim),방현용(Hyun Yong Pang),김상열(Sang Youl Kim) 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.4(1)

실시간으로 변화하는 시료를 측정하고 분석할 수 있도록 비접촉식이며, 광학 방식인 단파장 in-situ 타원해석기를 제작하였다. He-Ne 레이저를 광원으로 사용하였고 회전검광자형 광량측정방식을 채택하였다. 기존의 진공챔버 등에 쉽게 장착할 수 있도록 동축 구조를 사용하였으므로 소형이며 단순한 설계가 가능하여졌다. 전자빔 증착 방법으로 성장시킨 조밀도가 82%인 이산화티타늄 박막의 분석에 이 타원해석기를 사용하여 수분 탈착에 따르는 이산화티타늄 박막의 유효밀도 변화를 박막의 온도 변화와 시간 변화에 따라 실시간, in situ 방식으로 관측하였다. We have fabricated an in situ ellipsometer operating at He-Ne wavelength. It can be applied to the real-time, in-situ tracking of the ellipsometric change which occurs during various sample treatments. As a rotating analyzer type, all optical elements and related parts are designed to share a common hollow-axis configuration, and hence the ellipsometer is compact in shape and simple in design. It is mountable on the spare ports of vacuum chamber with ease. Using this ellipsometer, we observed the effective density variation of previously grown TiO₂ thin films by using electron beam evaporation. The packing density of the as-grown film was 82%. When exposed to atomsphere, the micro-void of the film was filled with water vapor. This water-filled TiO₂ thin film was subject to heating/cooling cycles in vacuum and the ellipsometric variation versus temperature and cycling number was measured in real time using this in situ He-Ne ellipsometer