Свойства оксидных покрытий, полученных с помощью дуального магнетрона
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
щина (геометрическая или оптическая). Свойства тонкой пленки как оптической системы зависят от свойств окружающей среды, от характеристик источника и приемника излучения. Если толщина пленки соизмерима с длиной волны излучения, то наблюдаемые в ней явления интерференции и поляризации света можно использовать для определения указанных оптических характеристик [1].
При измерениях толщины в процессе напыления пленки в отраженных лучах рассматривается цвет контрольной пластины, находящейся вблизи образца. С увеличением толщины пленки окраска ее меняется, причем один и тот же цвет может повторяться несколько раз. Таким образом, если требуется измерить толщину готовой пленки, необходимо определить порядок интерференции. Если же контроль за толщиной пленки ведется в процессе напыления, надо следить за последовательностью изменения цветов и прекращать процесс напыления в момент, когда пленка окрашивается в определенный цвет. Значения толщины в ангстремах, приведенные в таблицах для воздуха, можно пересчитать для случая любого материала пленки путем деления на соответствующее значение показателя преломления n. Недостаток метода заключается в его субъективности: различные исследователи не наблюдают одного и того же цвета для пленок одинаковой толщины. Кроме того, необходимо знать дисперсию материала пленки, чтобы в расчетах использовать правильное значение n [3].
Для работы в области тонкопленочных технологий, необходимо получение пленок с точно известными значениями толщин. В данной работе использовался фотометрический метод определения толщины напыляемых материалов.
Этот метод обычно используется для определения толщины у непоглощяющих покрытий. Он основан на эффекте интерференции волн в пленках, толщины которых соизмеримы с длиной волны. В случае непоглощяющих пленок на диэлектрической подложке, интерференция приводит к эффектам окрашивания. Кроме того, важна относительная величина показателей преломления пленки nр и подложки ns.
Если измеряется отражение света на определенной длине волны ?, то при увеличении толщины пленки в случае nр > ns отражение сначала увеличивается (достигая максимума при толщине, равной ?/4), затем уменьшается и проходит через минимум при толщине, равной ?/2 и т.д. Максимумы будут наблюдаться при толщине, определяемой равенством
, (3.1)
где d-геометрическая толщина пленки;- целое число;
а минимумы-при толщине, соответствующей равенству
, (3.2)
Если измеряется пропускание света на определенной длине волны ?, то при увеличении толщины пленки в случае nр > ns пропускание сначала уменьшается (достигая минимума при толщине, равной ?/4), затем увеличивается и проходит через максимум при толщине, равной ?/2 и т.д. Минимумы будут наблюдаться при толщине, определяемой равенством
, (3.3)
максимумы-при толщине, соответствующей равенству
, (3.4)
Последовательность появления максимумов и минимумов меняется на обратное для nрns.
1- вакуумная камера; 2- лампа накаливания; 3- линза; 4- поворотное зеркало; 5- стеклянная подложка; 6 - напыляемая пленка; 7- стеклянное окно; 8- монохроматор; 9- фотоэлектронный умножитель; 10- АЦП; 11- микроконтроллер; 12- канал связи.
Рисунок 3.1 - Структурная схема измерителя оптической толщины.
При интерференции мощность излучения (поток энергии) не уничтожается, а только перераспределяется. То, чего недостает в интерференционных минимумах, появляется в виде добавки в интерференционных максимумах.
Принцип действия измерителя заключается в следующем. Свет от лампы накаливания, сформированный в параллельный пучок линзой и поворотным зеркалом через стеклянное окно в вакуумной камере направляется на стекло, на которое напыляется пленка. Отраженный от нее пучок света несет информацию о показателе преломления вещества пленки и ее толщине.
Световой пучок, отраженный от стекла с пленкой, выведенный за пределы вакуумной камеры попадает в монохроматор, где из всего спектра излучения лампы накаливания выделяется требуемая длина волны. Далее пройдя выходную щель монохроматора, свет попадает на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), где преобразуется в электрический сигнал, диапазон изменения которого 1 - 200мВ [10].
.2 Исследование оптических характеристик
Принцип действия спектрофотометра основан на измерении отношения двух световых потоков: светового потока, прошедшего через исследуемый образец, и потока, падающего на исследуемый образец (или прошедшего через контрольный образец).
В световой поток от источника излучения поочередно вводятся затвор для определения темнового сигнала, расположенный внутри спектрофотометра, контрольный образец и исследуемый образец.
Коэффициент пропускания исследуемого образца рассчитывается по формуле
= (I - IT) / (Ik - IT)
где I - сигнал, пропорциональный световому потоку, прошедшему через исследуемый образец;
IT - сигнал, пропорциональный световому потоку, прошедшему через контрольный образец;
Ik - сигнал, пропорциональный тепловому потоку приемника.
Оптическая схема спектрофотометра приведена на рисунке 3.2. Она состоит из оптических схем двух каналов (У и В). Каждый из каналов представляет собой полихроматор, построенный на основе вогнутой дифракционной решетки с коррекцией аберраций.
Рисунок 3.2 - Оптическая схема спектрофотометра.
Свет от источника уль