Detail publikace

Charakterizace náhodně drsných povrchů pomocí úhlově rozlišeného rozptylu světla a mikroskopie atomové síly

ŠUSTEK, Š. VOHÁNKA, J. OHLÍDAL, I. OHLÍDAL, M. ŠULC, V. KLAPETEK, P. KAUR, N.

Český název

Charakterizace náhodně drsných povrchů pomocí úhlově rozlišeného rozptylu světla a mikroskopie atomové síly

Anglický název

Characterization of randomly rough surfaces using angle-resolved scattering of light and atomic force microscopy

Typ

článek v časopise ve Web of Science, Jimp

Jazyk

en

Originální abstrakt

The roughness of four samples of silicon single-crystal surfaces roughened by anodic oxidation is studied using atomic force microscopy (AFM) and angle-resolved scattering of light. The power spectral density functions (PSDFs) are determined on the basis of the measured values of the intensity of the scattered light. This is done on the basis of three models, which establish relation between the intensity of the light scattered in the given direction and the values of the PSDF at a certain spatial frequency. Two of the models are based on the scalar diffraction theory (SDT), while the third is based on the Rayleigh-Rice perturbation theory. The formulae corresponding to the SDT are derived in the theoretical part of the paper. The condition for the Fraunhofer diffraction is not satisfied if the values of the wavelength, distance to the detector and the dimensions of the illuminated spot on the sample used in the experiment are considered. However, it is shown that if the calculation of the intensity of the scattered light is performed in a certain way, then the validity of the expansion only up to the linear terms in the phase terms, i.e. in the same way as in the Fraunhofer diffraction, is not limited by the dimensions of the light spot but by the autocorrelation length of the randomly rough surface. The results obtained by the optical methods are compared with those obtained by AFM. It is shown that there is a good agreement between these results.

Český abstrakt

Je studována drsnost čtyř vzorků křemíkových monokrystalických povrchů, které byly zdrsněny anodickou oxidací pomocí úhlově rozlišeného rozptylu světla a mikroskopií atomové síly (AFM). Jsou určovány funkce výkonové spektrální hustoty (PSDF) pomocí měření intenzity rozptýleného světla. Jsou k tomu použity tři modely stanovující relaci mezi intenzitou světla rozptýleného v daném směru a hodnotou PSDF v určité prostorové frekvenci. Dva modely jsou založeny na skalární difrakční teorii (SDT), zatímco třetí je založen na Rayleighově-Riceově perturbační teorii. Je ukázáno, že podmínky pro Fraunhoferovu difrakci a použité uspořádání experimentu není vymezena rozměry světelné stopy, ale autokorelační délkou náhodně drsného povrchu. Výsledky získané optickými metodami jsou srovnány s výsledky získanými pomocí AFM. Ukázalo se, že mezi výsledky je dobrý souhlas.

Anglický abstrakt

The roughness of four samples of silicon single-crystal surfaces roughened by anodic oxidation is studied using atomic force microscopy (AFM) and angle-resolved scattering of light. The power spectral density functions (PSDFs) are determined on the basis of the measured values of the intensity of the scattered light. This is done on the basis of three models, which establish relation between the intensity of the light scattered in the given direction and the values of the PSDF at a certain spatial frequency. Two of the models are based on the scalar diffraction theory (SDT), while the third is based on the Rayleigh-Rice perturbation theory. The formulae corresponding to the SDT are derived in the theoretical part of the paper. The condition for the Fraunhofer diffraction is not satisfied if the values of the wavelength, distance to the detector and the dimensions of the illuminated spot on the sample used in the experiment are considered. However, it is shown that if the calculation of the intensity of the scattered light is performed in a certain way, then the validity of the expansion only up to the linear terms in the phase terms, i.e. in the same way as in the Fraunhofer diffraction, is not limited by the dimensions of the light spot but by the autocorrelation length of the randomly rough surface. The results obtained by the optical methods are compared with those obtained by AFM. It is shown that there is a good agreement between these results.

Klíčová slova česky

úhlově rozlišený rozptyl, náhodně drsné povrchy, skalární difrakční teorie, Rayleighova-Riceova perturbační teorie. mikroskopie atomové síly

Klíčová slova anglicky

angle-resolved scattering; randomly rough surfaces; scalar diffraction theory; Rayleigh-Rice perturbation theory; atomic force microscopy

Vydáno

01.10.2021

Nakladatel

IOP PUBLISHING LTD

Místo

BRISTOL

ISSN

2040-8986

Ročník

23

Číslo

10

Strany od–do

105602– 105602

Počet stran

14

BIBTEX


@article{BUT173176,
  author="Štěpán {Šustek} and Jíří {Vohánka} and Ivan {Ohlídal} and Miloslav {Ohlídal} and Václav {Šulc} and Petr {Klapetek} and Nupinder Jeet {Kaur},
  title="Characterization of randomly rough surfaces using angle-resolved scattering of light and atomic force microscopy",
  year="2021",
  volume="23",
  number="10",
  month="October",
  pages=" 105602-- 105602",
  publisher="IOP PUBLISHING LTD",
  address="BRISTOL",
  issn="2040-8986"
}