Optical model development for ellipsometric study of many-compound materials
Keywords in Hungarian
ellipszometria, ion implantáció, CdTe, dielektromos függvény
Keywords in English
ellipsometry, ion implantation, CdTe, dielectric function
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)
50 %
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)
50 %
Panel
International cooperation panel
Department or equivalent
MTA Research Institute for Technical Physics and Materials Science
Starting date
2006-01-01
Closing date
2006-12-31
Funding (in million HUF)
1.367
FTE (full time equivalent)
0.21
state
closed project
Summary in Hungarian
Az ellipszometria olyan optikai módszer, amely felületközeli, roncsolásmentes, in situ vizsgálatokat tesz lehetővé. A technológiába bekerülő összetett rétegek törésmutatója általában nem ismert, vagy éppen az a meghatározandó mennyiség. Ebben az esetben a törésmutatót diszperziós formulákkal, vagy az ún. effektív közeg közelítéssel (vagy egyszerre mindkettővel) határozhatjuk meg. Van lehetőség olyan paraméterek meghatározására is, amelyek egy-egy mikroszkópikus szerkezeti tulajdonsággal (pl. sávszélesség ill. szemcseméret, különböző fázisok) kapcsolatba hozhatók. Eben a munkában a polikristályos CdTe (amely egy igéretes fotovoltaikus anyag) szemcseméretének az optikai tulajdonságaira való hatását vizsgálnánk. Ezt a hatást az ion implantációval roncsolt egykristályos CdTe-dal való összehasonlítás alapján próbáljuk megérteni. A CdTe optikai tulajdonságainak kritikus pont struktúráinak szélességét a kontrollált roncsoltság függvényében határoznánk meg. Az effektív roncsoltság mint egyetlen paraméter szerinti parametrizációt keressük, amely elegendő az összes minta és a kritikus pontok szélességének szimultán leírásához. Ez a parametrizáció szolgálhat adatbázisul a roncsoltság által meghatározott különböző szemcseméretű CdTe optikai tulajdonságainak fitteléséhez. Ezen az úton nyílna lehetőség a CdTe gyártásközi, valósidejű ellenőrzésére, a szemcseméret változásának nyomonkövetésére.
Summary
Ellipsometry is an optical method which makes possible near-surface, non-destructive, in-situ studies. However, the refractive index of the coumpound materials in the technology is usually unknown or just the only question. In this case, the refractive index can be determined using dispersion formula or the so called effective medium approximation, or both. There is a possibility to determine parameters which can be coupled with microscopical structural properties (such as band gap or grain size or different phases). In this project, we are interested in the effects of crystalline grain size on the optical properties of polycrystalline CdTe, which is a promising photovoltaic material. We try to understand these effects through an in-depth comparison with c-CdTe that has been disordered by ion implantation. The widths of the critical point structures in the optical properties of CdTe will be determined as a function of the controlled defect density. We seek a parameterization of the optical properties with a single parameter – an effective defect density -- that is sufficient to modify all critical point widths simultaneously and describe the optical properties for the full set of samples. This parameterization will then serve as a database to fit the optical properties of CdTe films having different unknown grain sizes whereby the grain size will be described in terms of a single defect density. In this way, it will be possible to use real time optical measurements of CdTe during its fabrication and processing to track the evolution of the grain size as manifested by the defect density deduced in fits to the full dielectric function. This will be the first study of its kind to include both the bulk isotropic dielectric function and the surface-induced optical anisotropy.
Final report
Results in Hungarian
Az ellipszometria olyan optikai módszer, amely felületközeli, roncsolásmentes, in situ vizsgálatokat tesz lehetővé. A technológiába bekerülő összetett rétegek törésmutatója általában nem ismert, vagy éppen az a meghatározandó mennyiség. Ebben az esetben a törésmutatót diszperziós formulákkal, vagy az ún. effektív közeg közelítéssel (vagy egyszerre mindkettővel) határozhatjuk meg. Van lehetőség olyan paraméterek meghatározására is, amelyek egy-egy mikroszkópikus szerkezeti tulajdonsággal (pl. sávszélesség ill. szemcseméret, különböző fázisok) kapcsolatba hozhatók.
Ebben a munkában az egy- és polikristályos CdTe (amely egy igéretes fotovoltaikus anyag) ion implantációval keltett hibasűrűségének az optikai tulajdonságaira való hatását vizsgáltuk. A CdTe optikai tulajdonságainak kritikus pont struktúráinak szélességét a kontrollált roncsoltság függvényében határoztuk meg. Az effektív roncsoltság mint egyetlen paraméter szerinti parametrizációt kerestük, amely elegendő az összes minta és a kritikus pontok szélességének szimultán leírásához. Ez a parametrizáció szolgálhat adatbázisul a különböző feltételek között leválasztott CdTe filmek optikai tulajdonságainak fitteléséhez. Ezen az úton nyílik lehetőség a CdTe gyártásközi, valósidejű ellenőrzésére.
Results in English
Ellipsometry is an optical method which makes possible near-surface, non-destructive, in-situ studies. However, the refractive index of the coumpound materials in the technology is usually unknown or just the only question. In this case, the refractive index can be determined using dispersion formula or the so called effective medium approximation, or both. There is a possibility to determine parameters which can be coupled with microscopical structural properties (such as band gap or grain size or different phases).
In this project, we studied the effects of defect density caused by ion implantation on the optical properties of single and polycrystalline CdTe, which is a promising photovoltaic material. The widths of the critical point structures in the optical properties of CdTe were determined as a function of the controlled defect density. We seeked a parameterization of the optical properties with a single parameter – an effective defect density -- that is sufficient to modify all critical point widths simultaneously and describe the optical properties for the full set of samples. This parameterization can serve as a database to fit the optical properties of CdTe films during different growth conditions. In this way, it will be possible to use real time optical measurements of CdTe during its fabrication and processing.
P. Petrik, N. Q. Khánh, Jian Li, Jie Chen, R. W. Collins, M. Fried, G. Radnóczi, T. Lohner, J. Gyulai: Ion implantation induced disorder in single-crystal and sputter-deposited polycrystalline CdTe characterized by ellipsometry and backscattering spectrometry, 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, June 11-15, 2007, Stockholm, Sweden, 2007
