Synchrotron-based VUV spectroscopic ellipsometry system in application to optical properties studies of wide-bandgap materials for optoelectronics

• Autorzy: Dorywalski K. , Patryn A. , Andriyevsky B. , Cobet C. , Esser N.

Identyfikatory

DOI

10.12915/pe.2014.03.56

Warianty tytułu

PL

System spektroskopii elipsometrycznej z promieniowaniem synchrotronowym w zastosowaniu do badań własności optycznych szerokopasmowych materiałów dla optoelektroniki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the implementation of spectroscopic ellipsometry measurements in the vacuum-ultraviolet spectral range with use of synchrotron radiation as a light source. Current status of VUV ellipsometer and the principle of its operation is described. The procedure of measurements and ellipsometric data evaluation taking into account surface roughness of the measured specimen of optically uniaxial widebandgap single crystal is presented through the example of Sr61Ba39Nb2O6 ellipsometric characterization. Complex dielectric function ε(E) = ε1(E) + iε2(E) for Sr61Ba39Nb2O6 was obtained in the spectral photon energy range 2–25 eV for polarization direction along b and c crystallographic axes.

PL

W artykule przedstawiono implementację techniki spektroskopii elipsometrycznej z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego jako źródła światła do zakresu widmowego nadfioletu próżniowego. Zaprezentowano obecny status VUV systemu elipsometrycznego oraz opisano sposób jego funkcjonowania. Poprzez charakteryzację optyczną kryształu Sr61Ba39Nb2O6, przedstawiono procedurę analizy elipsometrycznych danych pomiarowych dla optycznie jednoosiowego monokryształu z uwzględnieniem anizotropii optycznej oraz niejednorodności powierzchni badanej próbki. Uzyskano zależności dyspersyjne tensora zespolonej przenikalności dielektrycznej ε(E) = ε1(E) + iε2(E) dla kryształu Sr61Ba39Nb2O6 w szerokim zakresie widmowych 2–25 eV, dla kierunków wzdłuż osi krystalograficznych b oraz c.

Słowa kluczowe

EN

VUV ellipsometry; synchrotron; SBN; optical properties

PL

VUV elipsometrii; synchrotron; SBN; własności optyczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 3
• Strony: 243--246
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., schem., wykr.

Twórcy

autor

Dorywalski K.

• Koszalin Univeristy of Technology, Institute of Technology and Education, Śniadeckich Str. 2, PL-75-453 Koszalin, Poland

autor

Patryn A.

• Koszalin Univeristy of Technology, Faculty of Electronics and Computer Sciences, Śniadeckich Str. 2, PL-75-453 Koszalin, Poland

autor

Andriyevsky B.

• Koszalin Univeristy of Technology, Faculty of Electronics and Computer Sciences, Śniadeckich Str. 2, PL-75-453 Koszalin, Poland

autor

Cobet C.

• Johannes Kepler Uniweristät Linz, Zentrum für Oberflächen und Nanoanalytik (ZONA), Altenberger Str. 69, 4040 Linz, Austria

autor

Esser N.

• Leibniz--Institut für Analytische Wissenchaften – ISAS – e. V., Department Berlin, Albert-Einstein-Str. 9, 12489 Berlin, Germany

Bibliografia

• [1] Vedam K., Spectroscopic ellipsometry: a historical overview, Thin Solid Films, 313-314 (1998), 1-9
• [2] Fujiwara H. , Spectroscopic Ellipsometry, Principles and Applications, John Wiley & Sons Ltd, 2007
• [3] Barth J., Johnson L.R., Logethetidis S., Cardona M., Spectroscopic Ellipsometry with synchrotron radiation: latest developments, SPIE Proc., 733 (1986), 265-271
• [4] Barth J., Johnson L.R., Cardona M., in: Handbook of Optical Constants of Solids II, ed. Palik, Academic Press, San Diego, pp. 213-246, 1998
• [5] Azzam R.M.A., Bashara N.B., Ellipsometry and Polarized Light, North-Holland Personal Library, New York, 1987
• [6] Schledermann M., Skibowski M., Determination of the ellipticity of light and of optical constants by use of two reflection polarizers, Appl. Opt., 10 (1971), 321-326
• [7] Aspnes D.E., Studna A.A., High precision scanning ellipsometer, Appl. Opt., 14 (1975), 220-228
• [8] Feneberg M., Roppisher M., Cobet C., Esser N., Schormann J., Shupp T., As D.J., Horich F., Dlasing J., Krost A., Goldhahn R., Optical properties of cubic GaN from 1 to 20 eV, Phys. Rev. B, 85 (2012), 155207
• [9] Cobet C., Goldhahn R., Richter W., Esser N., Identification of van Hove singularities in the GaN dielectric function: a comparison of the cubic and hexagonal phase, Phys. Status Solidi B, 246 (2009), 1440-1449
• [10] Esser N., Rakel M., Cobet C., Schmi d t W.G., Braun W., Cardona M., VUV-ellipsometry on GaN: Probing conduction band properties by core level excitations, Phys. Status Solidi B, 242 (2005), 2601-2609
• [11] Cobet C., Schmi d tling T., Drago M., Wollschläger N., Esser N., Richter W., Feenstra R.M., Kampen T.U., Surface termination during GaN growth by metalorganic vapor phase epitaxy determined by ellipsometry, J. Appl. Phys., 94 (2003), 6997-6999
• [12] Andriyevsky B., Patryn A., Dorywalski K., Cobet C., Piasceki M., Kityk I., Esser N., Łukasiewicz T., Dec J., Electronic and optical properties of strontium barium niobate single crystals, Ferroelectrics, 426 (2012), 194-205
• [13] Andriyevsky B., Dorywalski K., Kityk I., Piasecki M., Łukasiewicz T., Świrkowicz M., Patryn A., Dec J., Esser N., Cobet C., Spectral ellipsometry study of SBN single crystals in visible and ultraviolet region, Ferroelectrics, 417 (2011), 14-19
• [14] Andriyevsky B., Patryn A., Cobet C., Przesławski J., Kosturek B., Esser N., Dorywalski K., Electronic properties of KDP and DKDP crystals: ab-initio calculations and spectral ellipsometry experiment, Ferroelectrics, 417 (2011), 20-24
• [15] Lenzo P.V., Spencer E.G., Ballman A.A., Electrooptic coefficients of ferroelectric strontium barium niobate, Appl. Phys. Lett., 11 (1967), 23-24
• [16] Glass A.M., Investigation of the electrical properties of Sr1-xBaxNb2O6 with special reference to pyroelectric detection, J. Appl. Phys., 40 (1969), 4699-4713
• [17] Neurgaonkar R.R., Cory W.K., Oliver J.R., Growth and applications of ferroelectric tungsten bronze family, Ferroelectrics, 51 (1983), 3-8
• [18] Günter P., Huignard J.P., Photorefractive materials and their applications 3, Springer, 2007
• [19] Wood C., Salamo G.J., Goff J., Wood G.L., Anderson R. J., McGee D.J., Fixed three-dimensional holographic images, Appl. Opt. Am, 41 (2002) 6796-6801
• [20] Wolfersberger D., Tranca D., 2D infrared self-focusing in bulk photorefractive SBN, Opt. Mater. Express, 1 (2011), 1178-1184
• [21] Zhang P., Zhao J.L., Lou C., Tan X.Y., Gao Y.H., Liu Q., Yang D.X., Xu J.J., Chen Z.G., Elliptical solitons in nonconventionally biased photorefractive crystals, Opt. Express, 15 (2007), 536-544
• [22] Horn W., Bassewitz J., Denz C. , Slow and fast light in photorefractive SBN:60, J. Opt., 12 (2010), 104011.
• [23] Mamedov A.M., Shilnikov V.I., Mehdiev T.R., Bragimova I.S., Optical-properties of ferroelectrics with the tetragonal potassium tungsten bronze structure in the fundamental absorption-band, Physica 123B, (1984), 156-168
• [24] Dorywalski K., Andriyevsky B., Cobet C., Piasecki M., Kityk I .V., Esser N., Łukasiewicz T., Patryn A., Ellipsometric study of near band gap optical properties of SrxBa1-xNb2O6 crystals, Optical Materials, 35 (2013), 887-892