İyon Püskürtme Uygulamaları, Lazer Ablasyon ve Triboloji Deneyler: Beyaz Işık Interferometre ile yüzey modifikasyonları Karakterizasyonu

Elektronik olarak, yapısal olarak, kimyasal: Katı malzemeler yüzeyi büyük oranda, bu maddeler için ilgi özelliklerini belirler. Araştırma birçok alanda, malzemenin yanı sıra (darbeli lazer / magnetron sıçratma birikimi, fiziksel / kimyasal buhar biriktirme tarafından örneğin, ince film biriktirme), malzeme kaldırma (reaktif iyon aşındırma, iyon püskürtme, lazer ablasyon, vs), ya da diğer işlemler, karakterize edilmesi gerekir. Ayrıca, enerjik ışık darbeleri veya yüklü parçacıklar etkileşim yoluyla yüzey modifikasyonu birçok uygulama vardır ve temel ilgi olduğunu. Triboloji, sürtünme ve aşınma çalışmada, ilgi başka bir alandır. Bir benchtop ölçekte, tribolojik testi geometriler çok sayıda var. Non-konformal temas geometriler de kullanılabilir, ve bir bilye ya da silindir kaydırılabilir ya da belli bir süre için, bir düz yüzey, başka bir bilye ya da silindir karşı döndürülmüş ve kaldırılır malzeme miktarı benim edilebilirölçüldü. Aşınma izi üç-boyutlu doğası ve düzensiz olması nedeniyle, optik Profilometre doğru aşınma hacmi ölçümleri elde etmek için uygun bir tek teknik olabilir. Ortak analiz görevleri de yüzey pürüzlülüğü parametreleri, basamak yüksekliği, malzeme hacim kaybı, hendek derinliği, ve benzeri bulunmaktadır, bunların her basit 2D ile 3D topografya görselleştirme için ayrıca elde edilebilir.

Optik Profilometre yüzey profiline yeniden oluşturmak için kullanılan herhangi bir optik yöntemi ifade eder. Profilometrik yöntemlerle beyaz ışık interferometrik, lazer konfokal veya yöntemler bulunmaktadır. Bazı optik profilometers konvansiyonel kırınım-sınırlı bir mikroskop hedeflere dayalı yaklaşımlar aracılığıyla bilgi edinin. Örneğin, bir lazer tarama yüzey topografik ve gerçek renk bilgileri elde etmek için bir mikroskop ile entegre edilebilir. İkinci bir yöntem bir seri montajı için geleneksel hedeflerinin odak son derece küçük derinliği sömüren bir teknik kullanır3D topografik harita elde etmek için yüzey içinde-odak "görüntü dilim" es.

Bu çalışmada, bir beyaz ışık mikroskobu interferometrik / profilometre mekanik aşınma işlemler sırasında kaybolan madde miktarının ölçümü sağlar, ya da bu tür iyon püskürtme veya kraterler gibi lazer ile kesip alma malzeme aşındırması süreçleri sırasında şeklini göstermektedir. En dikkat sayısız uygulama için yaygın olarak kullanılabilir ve çekici kılan onun büyük kurulu kapasitesine göstermek için bu yöntem metodolojisi ödenir. WLI çoğu türleri numune yüzeyinden yansıyan bir referans ışık sinyali ve ışık arasındaki girişime neden mikroskop objektif dahili bir ayna kullanır Mirau tekniği kullanır. Tüm Mirau interferometresi mikroskop objektif lens içine sığacak ve düzenli bir optik mikroskop (Şekil 1) akuple edilebilir, çünkü Mirau interferometre seçimi, basit kolaylık tarafından dikte edilmektedir. Iki boyutlu arası bir diziferograms bir video kamera ile elde edilen ve yazılım 3D topografik harita monte edilir. Beyaz ışık kaynağı bir monokromatik kaynak doğasında "saçak düzeni" belirsizliği aşmak için yardımcı olur geniş spektrumlu aydınlatma sağlar. Bir ışık kaynağı monokromatik sığ topografik özellikleri daha kesin bir ölçüm elde etmek için kullanılabilir. Lateral çözünürlük temelde λ / 2 (sayısal açıklık, NA = 1) ile sınırlıdır, ancak çoğu durumda daha büyük olduğunu, büyütme bağlı / alan-of-view boyut canlandiriyor objektif ve NA tarafından belirlenir. Ref Tablo 1. 1 bahsedilen tüm parametreler doğrudan bir karşılaştırma vardır. Tekniğin interferometrik doğanın bir fonksiyonu olduğu Derinlik çözüm yaklaşımlarının ≈ 1 nm. Mirau WLI hakkında daha fazla bilgi Refs bulunabilir. 2, 3. Beyaz ışık interferometrik yaklaşımına giriş Ref bulunabilir. 4.

Yüzeylerinin analiz için başka yöntemler de vardır atom forcelektron mikroskobu (SEM), ve kalem profilometri tarama e mikroskobu (AFM),. WLI yöntem, bu yöntem ile karşılaştırıldığında olumlu ve yöntemin optik doğası gereği olan kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır.

AFM 3 boyutlu görüntüler ve böylece karşılık gelen bir kesit alma yeteneğine sahiptir, ancak AFM yanal (<100 um) ve derinliği (<10 um) eksen de sınırlı bir tarama özelliğine sahiptir. Bu aksine, WLI başlıca avantajı aynı anda gerçek bir 3D görüntüleme yeteneği ile birkaç milimetre kadar esnek alanında-of-view (FOV) 'dir. Biz gösteren gibi Buna ek olarak, sadece tek bir yüzey değiştirmenin problemleri çözmek için, çeşitli sağlayan geniş dikey tarama aralığı kapasitesine sahiptir. AFM ile çalıştım Araştırmacılar düşük düşey gradyanlar uzamış özelliklerini ölçen bir örnek düzlemi konumlandırma ile sorunun farkında. Genelde, bir AFM üzerinde bir "ekspres" tekniği olarak WLI / OP düşünüyorum. Tabii ki, oradasadece AFM, uygun olduğu yerlerde bir dizi: çözülmesi için yanal özellikleri karakteristik WLI arasında yanal çözünürlüğü daha küçük boyutlar ve WLI verileri bir şekilde bir örnek bilinmeyen ya da kompleks optik özelliklerine bağlı olarak belirsiz durumlarda olduğu zaman ölçümlerin doğruluğunu (daha sonra tartışılacak), vb etkiler

SEM herhangi bir geleneksel optik mikroskop sunabileceği daha büyük odak büyük derinliği ile FOV boyutu açısından çok esnek olması, yüzeylere bakmak için güçlü bir yoldur. Aynı zamanda, SEM ile 3D görüntüleme daha sonra farklı arasında anaglyphic yöntem ile 3D görüntüler ile dönüştürülmüş ya da optik izleyicisi ile gözleyerek ya da derinlikte doğrudan hesaplanması için kullanılan stereo-çift görüntü alma gerektirdiğinden olarak, hantal Bir örnek üzerinde ilgi çekici. ⁵ tersine, WLI / OP profilometrisi eşzamanlı esnek FOV ile 3D rekonstrüksiyon kolay kullanımı sunuyor. WLI tam tararyükseklik aralığı (nanometre mikron yüzlerce) Belirli örnek için gerekli. WLI SEM ile ilgili bir sorun olabilir örnek malzemenin elektriksel iletkenlik, etkilenmez. WLI açıkça bir vakum gerektirmez. Diğer taraftan SEM üstün bilgi sağlayan için bir dizi uygulama vardır: bir örnek farklı bölümlerinde topografik olarak ayırt edilebilen karakteristik bir WLI lateral çözünürlüğü aşağıdaki boyutlar, ya da olgunun çözülmesi için yanal ® yalnızca ikincil elektron emisyon katsayıları farklıdır.

Yaygın olarak ikincil iyon kütle spektrometrisi ⁶ ve mikroelektromekanik sistemler karakterizasyonu ⁷ alanında kullanılan yüzey kontrol için bir tane daha teknik, kalem Profilometre olup. Bu teknik nedeniyle basitlik ve sağlamlık popüler. Bu, numune yüzeyi üzerinde bir iğnenin ucunun doğrudan mekanik temas tarama dayanmaktadır. Bu kaba bir temas araçtır, Hangi bir kerede tek bir hat boyunca tarama yapabiliyor. Bu 3D yüzey raster tarama görüntüleme son derece zaman alıcı hale getirir. Kalemle tekniğin diğer bir dezavantajı yüksek boy oranı ve bir ucu yarıçapı ve bir ipucu apeks açısı ima onun karakteristik ucu boyutu (genellikle birkaç mikron mikron) ile karşılaştırılabilir boyutta yüzey özellikleri ölçme güçlüktür. Kalemle profilometrisi bir avantajı WLI / OP ölçümleri (daha sonra tartışılacak) doğruluğunu etkileyebilir örnek optik özellikleri, değişen onun duyarsızlık olduğunu.

Bu madde de, geleneksel bir yüzey haritaları Mirau-tipi WLI (Şekil 1) kullanılarak elde edilmiştir. Böyle Zygo, KLA-Tencor, Nanobilim, Zemetrics, Nanovea, ÖN, Keyence, Bruker, ve Taylor Hobson gibi birçok şirket ticari masa üstü OP aletleri üretmek. Edinilen haritalar yeniden ve sık WLI, taramalı elektron, o için kullanılan tip ticari yazılımı kullanılarak işlendir prob mikroskobu. Yazılım bölümü profil analizi, geçersiz ve malzeme hacmi hesaplamaları ve uçak düzeltme çapraz, yüzeyin matematiksel işlemler gerçekleştirmek için yeteneğine sahiptir. Diğer yazılım paketleri bu özelliklerden bazıları otomatikleştirmek olabilir.