L’ellissometria è una tecnica ottica per misurare lo spessore e le proprietà ottiche di film o strati estremamente sottili di materiale. Le proprietà misurabili sono l’indice di rifrazione, ovvero quanta luce viene piegata, e il livello di assorbimento della luce, chiamato coefficiente di assorbimento. Un ellissometro è un dispositivo utilizzato per eseguire queste misurazioni.
Gli ellissometri funzionano illuminando una fonte di luce ben definita su un materiale e catturando il riflesso. Gli ellissometri moderni utilizzano laser, tipicamente laser a elio-neon, come sorgente. Il raggio dell’ellissometro passa prima attraverso un polarizzatore in modo che possa passare solo la luce orientata in una direzione nota. Quindi passa attraverso un dispositivo chiamato compensatore, che polarizza ellitticamente il raggio di luce. La luce rimanente viene quindi rimbalzata sul materiale in esame.
L’analisi dipende dalla legge di Snell; quando un raggio di luce colpisce un materiale, alcuni si rifletteranno immediatamente e altri attraverseranno il lato opposto del materiale prima di riflettere. Misurando la differenza tra le due riflessioni, è possibile determinare lo spessore del dispositivo. Anche la luce riflessa subisce un cambiamento di polarizzazione; questa variazione viene utilizzata per calcolare l’indice di rifrazione e il coefficiente di assorbimento.
Affinché un ellissometro funzioni correttamente, il materiale in esame deve soddisfare determinate proprietà fisiche. Il campione deve essere composto da un numero ridotto di strati ben definiti. Gli strati devono essere otticamente omogenei, avere una struttura molecolare identica in tutte le direzioni e riflettere quantità significative di luce. Se uno di questi requisiti viene violato, le procedure standard non funzioneranno.
Gli ellissometri sono dispositivi estremamente sensibili, in grado di misurare strati sottili come un atomo. Sono ampiamente utilizzati nella produzione di semiconduttori in cui strati successivi di materiale vengono cresciuti chimicamente uno sopra l’altro.
L’ellissometria non è distruttiva; un materiale misurato da un ellissometro non è influenzato negativamente dal processo. A causa di questa caratteristica, l’uso degli ellissometri nelle scienze biologiche è in aumento. I materiali biologici sono molto meno uniformi dei materiali fabbricati e generalmente non hanno le caratteristiche fisiche necessarie per l’ellissometria tradizionale. Nuove tecniche, come l’utilizzo di più ellissometri disposti ad angoli diversi, sono state sviluppate per lavorare con tali materiali.