Использование эффекта интерференции для измерения толщины тонких пленок

Чем определяется разрешающая способность рентгеновского микрозондового анализа.

РМА представляет собой анализ спектра квантов, попадающей в электронном луче. При облучении атомов электронным пучком, ускоренные электроны пучка способны пробить все электронные оболочки атома, выбивая с каждой из них мы. На освободившиеся места с более высоких орбит падают электроны. Избыток своей энергии эти электроны испускают в виде квантов электромагнитного излучения (ЭМИ). Если выбивание электронов происходит из электронных оболочек ближайших к ядру, то падение электронов на высвободившиеся места этих оболочек сопровождается излучениями рентгеновских квантов.

Особенностью работы РЭМ в режиме РМА является то, что рентгеновское излучение идет не из точки, а из области.

Если электронный луч попадет на участок, состоящий из атомов одного вида, но рядом располагаются участки из атомов другого вида, электроны не поверхности, а в толще образца могут проникнуть в зону соседнего участка и вызвать тем самым рентгеновское излучение. В результате направив луч на участок, состоящий из атомов одного вида, мы получим спектр, соответствующий атомам 2-х типов. Это основная погрешность РМА. Это называется флюросцентным возбуждением. Вследствие него минимальная область, допускающая анализ РМА составляет 1 – 2 мкм.

При определенных условиях отражение света от структуры сопровождается интерференционным эффектом, который может быть использован для измерения толщины слоев. Для возникновения интерференции необходимо, чтобы падающее излучение отражалось не только от поверхностного слоя, но и от его границы с подложкой. Это означает, что слой должен быть прозрачным в используемом интервале длин волн и оптические постоянные слоя в этом спектральном диапазоне должны отличаться от оптических постоянных подложки.

Луч света падает на поверхность слоя в точке А под углом i к нормали. Часть падающего пучка света отражается от поверхности, образуя отраженный луч, а оставшаяся доля излучения проникает в слой и, распространяясь под углом преломления, достигает подложки в точке В. После отражения от подложки прошедший луч света преломляется в точке С на поверхности пленки и распространяется далее параллельно первому лучу.

Для упрощения анализа здесь не рассматривается эффект многократного внутреннего отражения. Если длина волны падающего излучения меняется, то в результате сложения колебаний отраженных лучей, будут наблюдаться максимумы и минимумы интенсивности отраженного света, соответствующего тем длинам волн, для которых разность фаз между лучами равна целому числу полуволн: , где d – толщина пленки; n – показатель преломления пленки; i – угол падения; λ – длина волны; m - целое число. В практике спектрофотометрии как в видимой, так и инфракрасной
области спектра наибольшее применение имеют двухканальные (двухлучевые) спектрофотометры, основанные на интерферометре Майкельсона.

Падающий луч света от источника излучения с широким спектральным диапазоном после отражения от подложки разделяется на два луча А и В.
Фазы лучей А и В отличаются на , где — сдвиг фазы луча А при его отражении от поверхностного слоя; — сдвиг фазы луча В при его отражении от границы слой — подложка; — разность фаз, обусловленная оптической разностью хода, возникающей в результате прохождения луча В через поверхностный слой. Полупрозрачным зеркалом М₃ каждый из лучей А и В расщепляется на два равных по амплитудам компонента: А₁, А₂ и В₁, В₂. Лучи А₁ и В₁ направляются на фиксированное зеркало М₁, а лучи А₂, В₂ — на подвижное зеркало М₂. После отражения от соответствующих зеркал лучи A_l, А₂, В₁, и В₂ снова попадают на полупрозрачное зеркало М₃, интерферируют и направляются на детектор.

На этом принципе основана Фурье-спектроскопия и другие спектрометры.

14. Стереоскопический микроскоп МБС-9 – превосходный инструмент для работы с объемными предметами. Микроскопы МБС, модернизированные и произведенные по современным технологиям, универсальны в использовании: они применяются в ботанике, биологии, минералогии, ювелирной промышленности, машиностроении и везде, где требуется долгая ювелирная работа с объемными предметами. Стереоскопический микроскоп МБС-9 обладает всеми достоинствам, имеет широкий диапазон увеличений, обеспечиваемых пятью окулярами. Передает качественное стереоскопическое изображение и позволяет достигать точных результатов при визуальных наблюдениях и измерениях объемных объектов. Возможна работа как при электрическом освещении (3 галогенных лампы), так и при дневном, в отраженном и проходящем свете. Микроскоп легко настраивается, навеска легко меняется. Можно подогнать под оба глаза. Обладая всеми достоинствами более ранних моделей, МБС-9 отличается от них гораздо меньшей массой. Микроскоп снабжен удобными подлокотниками и имеет оптимальный угол наклона бинокулярной насадки. Это обеспечивает удобство при продолжительной работе с прибором. Применяемые для контроля качества соединений бинокулярные микроскопы имеют существенный недостаток: оператор, работающий длительное время с микроскопом, быстро утомляется, вследствие чего качество выполнения операции снижается.

15. Автономный контроль качества продукции — один из инструментов совершенствования производства применяемый для оптимизации производства и повышения конкурентоспособности. Автономный контроль качества продукции, предполагает установку на технологической линии таких устройств, которые могли бы предупредить появление брака или выход из строя оборудования. На автомобильных заводах Тойота почти все станки снабжены средствами Автономного контроля качества продукции, что позволяет предупреждать брак или при поломке выключать оборудование. Автономный контроль качества продукции -это автономизация - привнесение человеческого интеллекта в автоматические устройства, способные самостоятельно обнаруживать дефект, после чего сразу останавливать производственную линию и сигнализировать о том, что нужна помощь, является одним из основных принципов в разработке политики производственной системы предприятия.

16. Основные разновидности туннельной растровой микроскопии. Растровый (сканирующий) электронный микроскоп (РЭМ) – прибор класса электронный микроскоп, предназначенный для получения изображения поверхности объекта с высоким (до 0,4 нанометра) пространственным разрешением, также информации о составе, строении и некоторых других свойствах приповерхностных слоёв. Основан на принципе взаимодействия электронного пучка с исследуемым объектом. В РЭМ применяются электронные линзы для фокусировки электронного пучка в пятно очень малых размеров. Можно отрегулировать РЭМ так, чтобы диаметр пятна в нем не превышал 0,2 нм. Это пятно непрерывно обегает некоторый участок образца аналогично лучу, обегающему экран телевизионной трубки. Электрический сигнал, возникающий при бомбардировке объекта электронами пучка, используется для формирования изображения на экране телевизионного кинескопа или электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), развертка которой синхронизирована с системой отклонения электронного пучка. Увеличение в данном случае понимается как отношение размера изображения на экране к размеру области, обегаемой пучком на образце. Это увеличение составляет от 10 до 10 млн. Электроны, идущие от источника, ускоряются и фокусируются в узкий пучок на образце. Этот пучок перемещается по образцу отклоняющими катушками с током. Детекторы, расположенные выше образца, регистрируют рентгеновское излучение, вторичные и отраженные электроны. Электроны, прошедшие сквозь тонкий образец, регистрируются кольцевым детектором или, пройдя через энергетический анализатор, используются для формирования изображения на экране. 1 – источник электронов; 2 – ускоряющая система; 3 – магнитная линза; 4 – отклоняющие катушки; 5 – образец; 6 – детектор отраженных электронов; 7 – кольцевой детектор; 8 – анализатор.

Взаимодействие электронов сфокусированного пучка с атомами образца может приводить не только к их рассеянию, которое используется для получения изображения в ОПЭМ, но и к возбуждению рентгеновского излучения, испусканию видимого света и эмиссии вторичных электронов. Кроме того, поскольку в РЭМ перед образцом имеются только фокусирующие линзы, он позволяет исследовать «толстые» образцы.

РАСТРОВЫЙ ТУННЕЛЬНЫЙ МИКРОСКОП (РТМ) - прибор, основанный на возникновении так называемого туннельного тока между поверхностью проводника и металлическим острием, удаленным от нее на расстояние z около 0,1 нм (при разности потенциалов между ними порядка 1 В).

При перемещении острия вдоль поверхности (сканировании) и поддержании тока постоянным за счет изменения z можно получить рельеф поверхности проводника с точностью до размеров атомов и молекул, т.е. исследовать атомное строение поверхности, структуру отдельных молекул, адсорбцию, поверхностные химические процессы и др.

РТМ работает только при условии, что расстояние от острия до поверхности постоянно, а острие можно перемещать с точностью до атомных размеров. Высокую точность обеспечивают пьезоэлектрические материалы.

Дата добавления: 2014-11-20