بیضی سنجی (Ellipsometry) و کاربردهای آن در صنعت و پزشکی

دسته‌بندی نشده

نوشته شده توسط:

آنالیز بیضی سنجی یک روش توانمند و غیرمخرب برای آنالیز لایه‌های بسیار نازک است. این روش قادر به اندازه‌گیری ضریب شکست، ضریب جذب و ضخامت لایه‌های نازک است. این وسیله بر مبنای این واقعیت ساخته شده‌است که بازتاب از یک فصل مشترک (سطح) دی‌الکتریک می‌تواند قطبش و فاز موج ورودی را تغییر دهد. این تغییرات به ضریب شکست ماده بستگی دارد.

دستگاه بیضی سنجی

دستگاه بیضی سنجی

 

با بیضی سنجی چه اطلاعاتی می توان به دست آورد؟

این روش می‌تواند خواص مختلفی از قبیل ضخامت، خواص نوری، مورفولوژی طبیعت کریستالی،غلظت آلایش، رسانایی الکتریکی و حتی ترکیبات شیمیایی لایه را نیز مشخص کند. همچنین بیضی‌ سنجی می‌تواند برای اندازه‌گیری ضخامت لایه‌هایی با ضخامت نانومتری که روی زیرلایه‌های مختلف قرار دارند، استفاده شود. با استفاده از این روش می‌توان اطلاعاتی درباره لایه‌هایی که نازکتر از طول موج نور (حتی به اندازه یک لایه اتمی) است، بدست آورد. حتی به کمک این روش می‌توان چندلایه‌ها (Multilayer) را نیز بررسی و مطالعه نمود.

نام الیپسومتری اشاره به این موضوع دارد که بیشتر حالتهای قطبش، بیضی‌گون هستند.حدود یک قرن از شناخت این روش می‌گذرد و امروزه کاربردهای استاندارد زیادی پیدا کرده است. البته بیضی‌ نگاری در حوزه‌های پژوهش دیگر، از قبیل زیست شناسی و پزشکی نیز روز به روز بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد.

نحوه کار الیپسومتر

الیپسومتری تغییر درقطبش در اثر بازتاب یا عبور (نور) را اندازه‌گیری می‌کند و آن را با مدلی از پیش تعیین شده مقایسه می‌کند. بیضی‌سنجی یک روش اپتیکی بسیار حساس است. این حساسیت به دلیل تغییر فاز نسبی نور قطبیده‌ای است که از یک لایه نازک منعکس می‌شود و یا از میان آن عبور می‌کند. اندازه‌گیری این تغییر فاز را می‌توان در یک طول موج یا چندین طول موج و در یک زاویه برخورد یا در زوایای برخورد متفاوت انجام داد. در این روش قطبش نور منبع (نور به عنوان موج الکترومغناطیس و غیرقطبی) توسط یک واحد قطبی کننده (polarizer) خطی می‌شود، سپس توسط یک جبران‌کننده (compensator) قطبش خطی به قطبش دایره‌ای تبدیل می‌گردد.

بعد از برخورد نور قطبیده شده به نمونه و انعکاس از سطح نمونه (در جهت‌های موازی (Rp) و عمود (Rs) بر صفحه برخورد نور با نمونه)، نور توسط یک آنالیزور جمع‌آوری شده، به وسیله یک آشکارساز، شدت آن نمایان می‌شود و در نهایت متغیرهای بیضی‌سنجی( Δ و Ψ ) از رابطه اصلی بیضی‌ سنجی محاسبه می‌گردند. با مدل‌سازی این توابع به وسیله بانک اطلاعاتی، می‌توان به خواص اپتیکی لایه پوشش پی برد.

 

نحوه کار بیضی سنج

نحوه کار بیضی سنج

همچنین با استفاده از این دستگاه می‌توان نقشه خواص را در یک ناحیه مشخص سطح بررسی نمود.

مزایای استفاده از الیپسومتری چیست؟

الیپسومتری در مقایسه با روش اندازه گیری شدت بازتابش، مزایایی دارد:
• الیپسومتری دست کم دو پارامتر را برای یک طول موج طیف اندازه‌گیری می‌کند. با استفاده از الیپسومتری* عمومی، می‌توان تا ۱۶ پارامتر را برای یک طول موج بدست آورد.
• از آنجا که الیپسومتری* تغییرات را (و نه مقدار مطلق) اندازه‌گیری می‌کند، نیازی به پرتو یا نمونه مرجه ندارد و ناپایداری‌های شدت نور از منبع یا جذب نور بوسیله هوا تاثیری بر آن ندارد.
• برای مطالعه مواد ناهمسانگرد این روش بسیار کارآمدتر از روش اندازه گیری شدت بازتابش است.
• دستگاه های بیضی سنج (Ellipsometer) طیف نگار که خصوصیات لایه های نازک و ساختارهای چند لایه را به صورت غیرمخرب بررسی می کنند.

بیضی سنجی برای چه مواردی مناسب است؟

بیضی سنجی کاربردهای گوناگونی در علوم مختلف دارد که معمولا برای شناسایی سطح مشترک و لایه های نازک استفاده می شود. همان طور که گفته شد تغییر شکل حالت قطبش نور در اثر بازتاب، اساس کار بیضی سنج در تعیین خواص نوری مواد است که با آن می توان تفاوت نمونه های لایه نازک و توده و نمونه هایی که در برابر نور ایزوتروپ یا غیر ایزوتروپ هستند را بررسی کرد.

 

اجزای دستگاه بیضی سنج

اجزای دستگاه بیضی سنج

بیضی سنجی لایه های نازکی که بین زیرلایه و محیط تشکیل شده اند منجر به تعیین ضخامت و خواص نوری لایه می شود. اندازه گیری ها معمولا به صورت تابعی از طول موج انجام می شود. در واقع بیضی سنجی روشی مناسب برای بررسی لایه های نازک به شمار می آید.

جذب گونه های مولکولی و یا اتمی روی سطح نمونه هایی که در محیط مایع یا گاز قرار گرفته اند، به کمک بیضی سنجی* که تکنیکی غیر مخرب است مطالعه می شود. در بعضی از واکنش ها، فرایند جذب به طور مثال با اعمال حرارت برگشت پذیر است (که به آن واجذب گفته می شود) و با استفاده از بیضی سنج واکنش هایی از این نوع را نیز می توان مطالعه و بررسی قرار داد. بایستی اشاره کرد که این گونه فرایندها متفاوت از تشکیل لایه های دائمی اکسیدی است که امکان مطالعه آن ها با استفاده از بیضی سنج ممکن نیست.

 

کاربردهای بیضی سنجی

یکی از کاربردهای بیضی سنجی در داروسازی و پزشکی است که واکنش آنتی ژن–آنتی بادی در لایه های نازک قابل بررسی است. از طرفی بیضی سنجی  برای مطالعه آسیب های ناشی از تشعشع در جامدات، آسیب دیدگی مکانیکی سطوح نیمه رسانا و دی الکتریک کاربرد دارد.

از روش بیضی سنجی در مطالعه اکسیداسیون نیمه‌رساناها و فلزات در محیط های مختلف می توان استفاده کرد که می توان رشد لایه اکسید روی سطح را در محیط های گازی یا محیط های مایع بررسی کرد. این بررسی در مورد لایه های نیتریدی و یا سولفیدی روی سطح نیمه رسانا و فلزات در دماهای مختلف امکان پذیر است.

این روش در مطالعه فرایند الکتروشیمی نیز استفاده می شود که با استفاده از بیضی سنج  می توان فصل مشترک الکترود- الکترولیت را به طور هم زمان بررسی کرد. می توان بیضی سنجی را هم زمان با سایر روش های اندازه-گیری الکتروشیمیایی (مانند ولتاژ – جریان و ظرفیت) انجام داد. فرایندهای الکتروشیمیایی مانند جذب یونی، اکسیداسیون آندی، خوردگی، غیر فعال سازی و جلا دادن الکتریکی را می توان با استفاده از بیضی سنج  مطالعه و بررسی کرد. در صنعت نیمه رسانا، برای اندازه گیری ضخامت لایه هایی مانند اکسیدها و نیتریدها روی سیلیکون به خصوص با ضخامت های کم تر از ۵۰۰ آنگستروم از روش بیضی سنجی  استفاده می شود.

دیگر کاربردهای بیضی سنج

از دیگر کاربردهای مهم بیضی سنجی می توان به موارد زیر اشاره کرد
• اندازه گیری لایه‌ های شفاف نازک روی سطح شیشه
• پلیمرهای نیمه‌ هادی و ساطع کننده نور
• چندلایه های مواد نیمه ‌هادی
• مجموعه لایه های متعدد روی بسترهای شفاف و جاذب
• کاربرد های پیشرفته میکروالکترونیک مثل مواد با ضریب جذب کم و زیاد
• سلول های خورشیدی
• نیمه هادی ها
• تولید انواع سنسور و دتکتور
• شیشه های خود تمیز شونده
• آنالیز لایه‌ های آمورف، پلی‌سیلیکون و SOI
• اندازه ‌گیری ثوابت نوری مواد فوتورزیست

کاربرد بیضی سنجی در بیولوژی و داروسازی

روش بیضی سنجی دارای کاربردهای فراوانی در بیولوژی و دارو سازی است. مطالعات ایمنی شناسی Rothen در مورد واکنش های آنتی ژن-آنتی بادی در لایه های نازک به کمک روش بیضی سنجی انجام شده است. استفاده از این دستگاه برای درک مکانیزم ذاتی انعقاد خون حائز اهمیت است. به ظور کلی در پزشکی و دارو سازی موارد ذیل الیپسومتر قابل استفاده است:
• برخورد متقابل خون و سطوح خارجی(انعقاد خون)
• آزمایش الکترو جذب ایمنی شناسی
• اندازه گیری مواد پوشش سطح سلول

بررسی توپوگرافی سطح سلول خورشیدی

بررسی توپوگرافی سطح سلول خورشیدی

این آنالیز در کنار آنالیز AFM برای بررسی توپوگرافی سطح بسیار کاربردی است.

 

ارایه خدمات بیضی سنجی در پلتفرم آزمایشگاهی آنابیز

در ایران این خدمات توسط موسسات و پژوهشگاه ها، از جمله پژوهشگاه مواد و انرژی و پژوهشکده صنایع شیمیایی ایران ارائه می شود. آنابیز با طراحی پلتفرم معرفی خدمات آزمایشگاهی نیاز به جستجو و بررسی ارائه دهنده خدمات را سهولت بخشیده است. برای آگاهی از ارائه دهندگان بیضی سنجی بر روی این لینک کلیک کنید.

 

One Reply to “بیضی سنجی (Ellipsometry) و کاربردهای آن در صنعت و پزشکی”

  1. […] p را نشان می دهد و Δ بیانگر جابه جایی نسبی فاز است که در بیضی سنجی (Ellipsometry) این دو کمیت tan ψ و Δ  اندازه گیری می شود. […]

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *