MA: Modellierung mikrospektroskopischer Reflektanz- und Transmittanzmessungen zur Brechungsindex-Bestimmung

21. Oktober 2025

Bearbeiter

Johannes Bauer

Art der Arbeit

Masterarbeit

Beschreibung

Mithilfe der Mikrospektroskopie, der Kombination eines optischen Mikroskops und eines Spektrometers, können unterschiedliche Schichtstapel mit lateralen Dimensionen im Mikrometerbereich zerstörungsfrei untersucht werden. Durch die komplexe Modellierung mittels Transfermatrixmethode lassen sich Parameter der einzelnen Schichten, wie beispielsweise deren Dicke, bestimmen. An LEB und IISB wurde bereits in Vorarbeiten an verschiedenen Mikrospektroskopiesystemen gezeigt, dass sich sowohl die präzise Bestimmung der Schichtdicke als auch die Kristallachsenorientierung anhand von Reflexionsmessungen durchführen lassen.

Zu Beginn soll in dieser Arbeit die grundlegende quantitative Modellierung von Transmissionsmessungen an großflächig homogenen Proben und an Proben mit lateralen Dimensionen im Mikrometerbereich untersucht werden. Erste Ergebnisse für kleine numerische Aperturen (NAs) bilden dabei die Grundlage. Bei hohen NAs muss allerdings zusätzlich zum Einfluss der NA auch die partielle Detektion großer Einfallswinkel berücksichtigt werden, da diese durch den großen lateralen Versatz beim Durchgang durch ein dickes Substrat auftreten kann. Dieser laterale Versatz hängt sowohl vom Einfallswinkel als auch vom Substratmaterial und seiner Dicke ab. Ein möglicher Transfer der Modellierung der NA-Korrektur für Reflexionsmessungen auf Transmissionsmessungen ist zu überprüfen. Neben der Modellierung der Transmission für unpolarisiertes Licht sollen bei entsprechendem Fortschritt auch Untersuchungen mit polarisiertem Licht erfolgen.

Der Hauptfokus liegt auf der Bestimmung des (komplexen) Brechungsindex aus Reflexions- und Transmissionsmessungen. Neben isotropen Schichten sind auch die Grenzen für den Einsatz an anisotropen Materialien zu ermitteln, wofür dann linear polarisiertes Licht notwendig sein kann.

Zu den möglichen zu untersuchenden Materialien gehören 4H-SiC-Substrate (a-plane/c-plane), optische Gläser, SiO₂/SiN-Dünnschichten sowie exfolierte Flakes von van-der-Waals-Materialien. Letztere stehen im Zentrum dieser Arbeit, da durch den notwendigen Einsatz von Objektivlinsen mit hoher NA höhere Anforderungen an die Modellierung entstehen. Als 2D-Materialien stehen das uniaxiale hochorientierte pyrolytische Graphit (HOPG) sowie die biaxialen Verbindungen MoO₃ und ReS₂ zur Verfügung.