Nuestro elipsómetro de alta resolución (VHRE) funciona en combinación con un detector de luz difusa. Las mediciones del cambio del ángulo elipsométrico dP versus temperatura nos permiten determinar el grosor óptico de las películas con una gran resolución y con una estabilidad de la señal muy larga en el tiempo, comparables a aquellas que se logran con gases raros adsorbidos sobre grafito HOPG en ultra alto vacío. Esta capacidad nos permite observar cambios en la orientación de las moléculas, variaciones en la rugosidad y comportamiento de mojamiento sobre los sustratos con una resolución de fracciones de capas moleculares.
Estas mediciones son un complemento importante a los estudios de dispersión de rayos X llevados a cabo por nuestro colaborador, Prof. Haskel Taub (University Missouri-Columbia, USA) con radiación proveniente de un sincrotrón en las instalaciones MATRIX de la NSLS y de los experimentos de difracción de neutrones llevadas a cabo por el Prof. Taub en el MURR. Otro complemento importante son las Simulaciones de Dinámica Molecular (MD) de películas delgadas de alcanos llevadas a cabo por nuestro colaborador, Prof. Flemming Hansen (Universidad Técnica de Dinamarca, DTU)
Nuestro elipsómetro está compuesto por un
polarizador, un compensador, la muestra y un analizador. Esta configuración
permite anular la señal que llega al detector (elipsómetro nulo PCSA).
La luz
proveniente de un láser He-Ne con longitud de onda 6328 Angstroms incide en la muestra
con un ángulo de 60,65º. La luz linealmente polarizada pasa a través de un
retardador l/4, un polarizador, una bobina Faraday y un compensador Soleil
Babinet. Después la luz incide la muestra, pasa por un analizador y
finalmente llega al detector (fotodiodo).
Una correcta
elección del ángulo del polarizador del compensador generan un haz de luz con
polarización elíptica opuesta a la polarización elíptica generada por la
muestra. Es decir la luz reflejada por la muestra es linealmente polarizada y
luego es anulada con el analizador.
El analizador permanece fijo en un
ángulo de 24,2560º (medidos en el sentido del reloj mirando en la dirección del
láser) y el polarizador se ajusta mecánicamente de manera de que el detector no
registre señal alguna. El polarizador y el analizador se mueven mecánicamente
mediante un controlador que permite una presición de 0,002º.
Las muestras son
sometidas a ciclos de calentamiento-enfriamiento, durante el ciclo una celda
Faraday va compensando automaticamente al polarizador de manera de anular la
señal que detecta el fotodiodo, esto se realiza mediante un circuito de
retroalimentacion.
La luz del láser scatteréa la muestra
(substrato-película) revelando la rugosidad de la película. Para observar esta
luz difusa se utiliza un telescopio y su intensidad se mide con un tubo
fotomultiplicador.
Como resultado del experimento se obtienen curvas
de variaciones del ángulo de polarización dP (cambio en el ángulo de polarización
necesario para anular la señal) e intensidad de luz difusa vs temperatuar. Con
estos datos y utilizando el modelo de Drude es posible calcular el espesor
óptico de la película, monitorear su rugosidad y estudiar las reorientaciones de
las capas moleculares de la película.