تبلیغات
انجمن علمی مهندسی برق - الکترونیک واحد بناب - ضخامت سنج
 
انجمن علمی مهندسی برق - الکترونیک واحد بناب
به عمل کار برآید...
درباره وبلاگ


کمیسیون تبلیغات و انفورماتیک
حضور شما را در وبلاگ انجمن
علمی مهندسی برق - الکترونیک
دانشگاه آزاد اسلامی واحد بناب
ارج می نهد.

eesabonab@gmail.com

مدیر وبلاگ : نینا امین نژاد
نظرسنجی
نظرتان در رابطه با ادامه ی فعالیت این وبلاگ چیست؟





آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

برای تعیین ضخامت لایه از روش های متنوعی استفاده می شود که در همه آنها یک ویژگی از ماده که به صورت قابل قبولی با ضخامت مرتبط است، مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله مهم ترین این ویژگی ها می توان به جرم، مقاومت الکتریکی، ضریب بازتاب و ضریب عبور اشاره کرد.    

ضخامت سنجی كریستالی :Quartz Crystal Microbalance 

عمومی ترین روش در تعیین ضخامت لایه، ضخامت سنجی کریستالی یا اصطلاحاً QCMاست که در آن از پارامتر تغییر جرم برای ضخامت سنجی استفاده می شود و بوسیله آن می توان ضخامت لایه و آهنگ انباشت لایه را کنترل نمود. این روش اولین بار در سال 1960 توسط  G.Sauerbreyمورد استفاده قرار گرفت . او نشان داد که  بین فرکانس تشدید مربوط به یک صفحه کوارتز و جرم آن رابطه ای وجود دارد که این رابطه بنام خود ایشان معادله سربری نام گرفت . وی با این رابطه توانست ضخامت لایه را بدست  آورد. 


                                                                                   Δf= -f2 Δm/Vq
           
که در آنΔm  تغییر جرم کریستال،S مساحت تیغه،Vq سرعت انتشار صوت در کریستال بوده و برابر با m/s 3340 می باشد. ρq دانسیته کریستال بوده و برابر با kgm-3 2650 است وΔf تغییر فرکانس وابسته به تغییر جرم کریستال می باشد. البته این معادله تنها برای لایه های بسیار نازک قابل استفاده است و در مورد لایه های ضخیم رابطه بین فرکانس و جرم دیگر یک رابطه خطی نخواهد بود. کریستال بواسطه عبور جریان الکتریکی، شروع به نوسان طبیعی می نمایدکه مقدار آن برای تجهیزات تجاری بین 5 تا 6 مگا هرتز است. 
در حین فرآیند لایه نشانی فرکانس کریستال متناسب با جرم انباشت شده روی سطح آن تغییر می کند. این تغییر فرکانس چند بار در ثانیه است که در نهایت به صورت مقدار ضخامت در یک میکروپروسسور ذخیره شده و همراه با آهنگ لایه نشانی بصورت آنگستروم بر ثانیه نمایش داده می شود. در روشی دیگر، فرکانس تشدید کریستال وقتی داخل سیستم لایه نشانی قرار دارد با حالت استاندارد آن در خارج سیستم  مقایسه و اختلاف بین آنها اندازه گیری می شود. معمولأ فرض می شود که فاصله چشمه تا کریستال و فاصله چشمه تا زیرلایه برابر است. در صورتی که به دلایل مختلف این فاصله ها برابر نباشد یک فاکتور تصحیح به نام Tooling factor تعریف می شود که از رابطه زیر بدست می آید:
 
                   فاکتورتصحیح = x 100 (ضخامت لایه روی زیرلایه /ضخامت لایه روی کریستال )                      

به عنوان مثال اگر در یک فرآیند لایه نشانی 1000 آنگستروم روی زیرلایه و 800 آنگستروم روی کریستال انباشت شده باشد مقدار فاکتور تصحیح برابر 125 خواهد بود. اگر فاصله زیر لایه تا چشمه برابر فاصله کریستال تا چشمه باشد این مقدار برابر با 100 است. 

 در جدول زیر فاکتور امپدانس آکوستیکی معروف به فاکتور z مواد متداول آمده است. 

نام ماده

Z

چگالی

فرمول

Silver

529/0

500/10

Ag

Aluminium Oxide

336/0

970/3

Al2O3

Gold

381/0

300/19

Au

Barium

100/2

500/3

Ba

Gallium

593/0

930/5

Ga

Hafnium

360/0

090/13

Hf

Magnesium

610/1

740/1

Mg

Nickel

331/0

910/8

Ni

Silicon Dioxide

000/1

648/2

SiO2

Titanium (IV) Oxide

400/0

260/4

TiO2




حساسیت کریستال قابل ملاحظه است. یک لایه یکنواخت تا 10 آنگستروم آلومینیوم موجب تغییر تا 20 هرتز می شود که امروزه به آسانی قابل اندازه گیری می باشد. با افزایش چگالی لایه، تغییر فرکانس بیشتر شده و در نتیجه دقت ضخامت سنجی بیشتر می شود. به عنوان مثال طلا با چگالی gr/cm3 3/19 به ازای هر 10 آنگستروم ضخامت فرکانس تشدید را Hz 150 کاهش می دهد. حساسیت وابستگی تغییر فرکانس با دما وقتی بحرانی می شود که ضخامت لایه ها کمتر از 300 آنگستروم باشند. در این محدوده گاهی برای یک شیفت ºC 20 دما خطایی در حدود 20 آنگستروم و حتی بیشتر ایجاد می شود. این خطا ممکن است در حالتی که تابش از چشمه مواد وجود داشته باشد، مضاعف شود. چون انرژی گرمایی مضاعفی به کریستال می رسد. 

یک سیستم ضخامت سنج کریستالی،  مطابق شكل زیر، از قسمت های زیر تشكیل شده است: 1- جعبه کنترل 2- کابلBNC 3- اسیلاتور 4- کریستال 5- اتصالات (فیدترو)   امروزه معمولاً سیستم های ضخامت سنج كریستالی می توانند به راحتی تا 6 كریستال را در نواحی مختلف یك سیستم پشتیبانی نمایند. می دانیم كه در یك سیستم لایه نشانی در صورتی كه از سیستم های چرخان سیاره ای استفاده نكنیم، ضخامت در مكان های مختلف محفظه، متناسب با فاصله چشمه تا زیرلایه متفاوت بوده و مقادیر متفاوتی را دارا می باشد.  
علیرغم اینكه ضخامت سنجی با استفاده از تكنیك كریستال بسیار متداول می باشد ولی خود دارای محدودیت هایی نیز می باشد. از جمله آنها می توان به تاثیر دما، افزایش جرم و تنش های بوجود آمده اشاره داشت.   

ضخامت سنجی اپتیكی:
ضخامت سنجی اپتیكی  یکی از روش هایی که بوسیله آن می توان ضریب شکست ماده را در داخل سیستم مشخص نمود، استفاده از ضخامت سنجی اپتیکی است. این روش بیشتر در ساخت لایه های نازك مربوط به ساخت فیلترهای اپتیكی به كار می رود. 

ضخامت سنج های اپتیکی از قسمت های زیر تشکیل شده اند:
 1- چشمه نوری
 2-شیشه  تست
3- آشکارساز برای تحلیل نور عبوری یا بازتابی در گذشته بسیاری ازکارشناسان حوزه لایه نازک از چشم خود به عنوان آشکارساز استفاده می نمودند و ضخامت لایه ها از طریق تشخیص رنگ آنها در نور سفید تعیین می شد. در بیشتر موارد تمرکز آنها بر روی یک لایه نشانی تک- لایه ای ساده بود. شكل زیر نمای كلی از یك دستگاه لایه نشانی را كه یك سیستم ضخامت سنجی نوری نیز روی آن نصب شده است، نشان می دهد. فرآیند ضخامت سنجی بدین صورت است که نور در زاویه بسیارکم با خط عمود بر مرکز محفظه خلأ(معمولا کمتر از 7 درجه) از یک چشمه نوری به زیرلایه مورد بررسی، تابانده می شود. چشمه های نور براساس محدوده طیفی متفاوتند و به همین ترتیب آشکارساز مورد استفاده نیز تغییر می کند.  نور خروجی در طول مسیر خود از یک برشگر(chopper ) عبور می کند. قسمتی از نور از زیرلایه عبور کرده و قسمتی بازتاب می گردد، نور عبوری پس از عبور از یک فیلتر توسط  فیبر نوری به سمت تکفام ساز و آشکارساز می رود و نور بازتابی نیز پس از بازتاب وارد آشکارساز شده و آشکارساز سیگنال بازتابی را نشان می دهد. برشگر برای بهبود كیفیت سیگنال و کاهش  نویز مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین برشگر باید حتماً پس از چشمه نور و قبل از سیستم قرار گیرد و فیلتر باید بعد از سیستم جایگذاری شود. این گونه چیدمان میزان نور منحرف شده را کاهش می دهد. 
در پایش (Monitoring ) اپتیکی تکنیک غالب مورد استفاده برای لایه نشانی های چندلایه ای با تکیه بر تئوری تداخل سازنده و یا تداخل ویرانگر در ضخامت های مشخص (مضرب یك چهارم و یا نصفی از طول موج ) شکل می گیرد و بواسطه آن پایان لایه نشانی برای هر لایه در حداکثر یا حداقل سیگنال دریافتی صورت می گیرد.  


نمای شماتیك یك سیستم لایه نشانی اپتیكی، 1- تست 2- زیرلایه 3- ترموكوپل 4- هیتر 5- شاتر 6- تفنگ الكترونی 7- سیستم ضخامت سنج اپتیكی 8- چشمه نور 9- آشكارساز 10- منبع تغذیه 11- سیستم خنك كننده 12- موتور چرخاننده زیرلایه 13- سیستم ضخامت سنج كریستالی    





نوع مطلب : ( آموزشی )، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :

       نظرات
سه شنبه 21 مهر 1394
نینا امین نژاد
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.