New method for the optical characterization of thin films

Authors

DOI:

https://doi.org/10.15536/reducarmais.8.2024.4023

Keywords:

Thin films, Refractive index, Optical transmission, Extinction coefficient, Envelope method

Abstract

The optical characterization of materials is fundamental for both basic and applied research. New analysis methodologies, more practical or with greater precision and/or scope of use, are of significant importance to the field. This article presents a new method that allows obtaining the thickness and optical properties across the entire UV-Vis range of thin films. Unlike the current methods based on the envelope method of Manifacier, this one is based on the exact equation for the transmittance of films on a finite substrate. Optical transmittance spectra generated theoretically and obtained experimentally for AlN and TiOxNy films deposited by sputtering were analyzed. The results were compared with those of the envelope method and/or ellipsometry. In applicable cases, the results were similar, but the advances of this new approach are clear, allowing: (i) optical analysis of films without a minimum thickness limit, (ii) optical characterization even in the high absorption region of the spectrum, and (iii) models for non-homogeneous films with dispersed nanoparticles. The proposed method is more versatile and applicable than the envelope method.

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Author Biographies

Rafael Cardim Pazim, Instituto Federal Catarinense - IFC

Licenciado em Física pela Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT, 2008) e Mestre em Física pela mesma instituição (2011). Atualmente é professor EBTT no Instituto Federal Catarinense (IFC), Concórdia/SC – Brasil. Tem experiência na área de Física do Estado Sólido, atuando principalmente nos seguintes temas: XRD, EDX, caracterização óptica de filmes finos, programação em Fortran, automação para o Ensino de Física utilizando Arduino. Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática pela Universidade de Passo Fundo (UPF).

Rogério Junqueira Prado, Universidade Federal de Mato Grosso - UFMT

Bacharel em Física pela Universidade Federal de Goiás (1994), Mestre (1997) e Doutor em Física (2001) pela Universidade de São Paulo, com estágio sanduíche no Laboratoire pour l'Utilisation du Rayonnement Electromagnétique (LURE, França). Realizou estágio pós-doutoral também no LURE (2002-2003). Atualmente é professor adjunto no Instituto de Física da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), Cuiabá/MT – Brasil. Tem experiência na área de Física, com ênfase em radiação síncrotron, espectroscopia, caracterização de materiais e em deposição e caracterização de filmes finos, atuando principalmente nas seguintes técnicas e temas: EXAFS, XANES, FTIR, SAXS, carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiC), filmes finos e deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD). Nos últimos anos, tem expandido sua atuação aos campos de síntese e caracterização de materiais nanoestruturados e caracterização de materiais de interesse geológico (geociências), utilizando também as técnicas de EDX e XRD. Atualmente, está instalando no IF/UFMT um sistema de deposição por PED (Pulsed Electron Deposition), para desenvolver localmente pesquisas na área de filmes finos. Orienta nos programas de pós-graduação em Física (M) / UFMT, Ensino de Física (M) - SBF / UFMT, Geociências (M) / UFMT e Biodiversidade e Biotecnologia (D) / Rede Pró-Centro-Oeste.

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Published

2024-06-24

How to Cite

Pazim, R. C., & Prado, R. J. (2024). New method for the optical characterization of thin films. Educar Mais, 8, 408–430. https://doi.org/10.15536/reducarmais.8.2024.4023