كيف يتم حساب سُمك الفيلم؟ افتح القياسات الدقيقة باستخدام التداخل البصري

الإجابة المختصرة هي أنه لا يتم قياس سُمك الفيلم مباشرة، بل يتم حسابه عن طريق تحليل كيفية تفاعل موجات الضوء مع الفيلم. تقيس الأجهزة المتخصصة نمط التداخل الذي ينشأ عن الضوء المنعكس من الفيلم أو النافذ عبره، ثم تستخدم الخوارزميات المعقدة هذا النمط لحساب قيمة سُمك دقيقة.

المبدأ الأساسي هو تداخل الأغشية الرقيقة. يعتمد اختيار طريقة القياس - وبالتالي الحساب المحدد - كليًا على ما إذا كانت المادة الموجودة أسفل الفيلم (الركيزة) معتمة أم شفافة.

المبدأ الأساسي: تداخل موجات الضوء

لفهم كيفية حساب السُمك، يجب عليك أولاً فهم ظاهرة تداخل موجات الضوء. هذا هو الأساس الذي تُبنى عليه جميع قياسات السُمك البصرية الحديثة.

تفاعل الموجتين

عندما يسقط الضوء على فيلم رقيق، ينعكس جزء منه عن السطح العلوي. أما بقية الضوء فيدخل الفيلم، ويسافر عبره، وينعكس عن السطح السفلي (واجهة الفيلم والركيزة).

ثم تسافر موجتا الضوء المنعكستان المنفصلتان مرة أخرى وتتحدان. نظرًا لأن إحدى الموجات قطعت مسارًا أطول (نزولاً عبر الفيلم وعودة للأعلى)، فإنها تكون خارج الطور بالنسبة للموجة الأولى.

التداخل البنّاء والهدّام

اعتمادًا على سُمك الفيلم والطول الموجي للضوء، ستعزز هاتان الموجتان المتحدتان بعضهما البعض (التداخل البنّاء) أو تلغي إحداهما الأخرى (التداخل الهدّام).

ينتج عن هذا التداخل "بصمة طيفية" فريدة من القمم (البنّاء) والأودية (الهدّام) عند أطوال موجية مختلفة للضوء. المسافة بين هذه القمم تتناسب طرديًا مع سُمك الفيلم.

اختيار طريقة القياس الصحيحة

الركيزة - المادة التي يترسب عليها الفيلم - هي العامل الأكثر أهمية في تحديد تقنية القياس التي يجب استخدامها.

للركائز المعتمة: الانعكاس الضوئي (Reflectometry)

إذا كان الفيلم على ركيزة معتمة مثل رقاقة السيليكون، فيجب عليك استخدام الانعكاس الضوئي.

يقوم جهاز بإضاءة مصدر ضوء على العينة ويقيس كاشف (مطياف) شدة الضوء المنعكس عبر نطاق من الأطوال الموجية. من خلال تحليل نمط التداخل في هذا الضوء المنعكس، يمكن للبرنامج حساب سُمك الفيلم.

للركائز الشفافة: النفاذية (Transmission)

إذا كان الفيلم على ركيزة شفافة مثل الزجاج أو الكوارتز، يمكنك استخدام طريقة النفاذية.

هنا، يتم تسليط الضوء عبر العينة بأكملها، ويقيس الكاشف الضوء الذي يصل إلى الطرف الآخر. تحلل هذه الطريقة أنماط التداخل في الضوء النافذ لتحديد السُمك.

فهم المفاضلات والمتغيرات الرئيسية

مجرد قياس الطيف لا يكفي. الحساب هو عملية نمذجة تعتمد على افتراضات حاسمة. أي خطأ في هذه الافتراضات سيؤدي إلى نتيجة غير صحيحة.

أهمية معامل الانكسار (n)

يرتبط الحساب ارتباطًا وثيقًا بـ معامل الانكسار (n) لمادة الفيلم، والذي يصف مدى سرعة انتقال الضوء عبرها.

لا يمكنك حساب السُمك بدقة دون معرفة معامل الانكسار. إذا قدمت قيمة غير صحيحة لمعامل الانكسار لبرنامج التحليل، فسيعيد قيمة سُمك غير صحيحة.

تجانس الفيلم وخشونته

تعمل تقنيات القياس البصري بشكل أفضل على الأفلام الملساء والمتجانسة.

إذا كان سطح الفيلم خشنًا أو كان سُمكه يختلف بشكل كبير عبر نقطة القياس، فسيكون نمط التداخل خافتًا أو مشوهًا، مما يجعل الحساب الدقيق صعبًا أو مستحيلاً.

تعقيدات الطبقات المتعددة

عند التعامل مع مجموعة من الأغشية الرقيقة المتعددة، ينعكس الضوء من كل واجهة. يؤدي هذا إلى إنشاء نمط تداخل معقد للغاية يتطلب برامج نمذجة أكثر تقدمًا لتفكيكه وحساب سُمك كل طبقة على حدة بدقة.

اتخاذ الخيار الصحيح لهدفك

تُملى الطريقة التي تختارها من خلال عينتك، لكن الدقة تعتمد على فهم النظام بأكمله.

• إذا كان تركيزك الأساسي على الأفلام على السيليكون أو المعدن: فستستخدم الانعكاس الضوئي. ركز على ضمان تحديد معامل الانكسار لمادتك بشكل جيد.
• إذا كان تركيزك الأساسي على الأفلام على الزجاج أو البلاستيك: يمكنك استخدام قياسات النفاذية، والتي غالبًا ما تكون أقل حساسية للانعكاسات السطحية الخلفية ويمكن أن توفر بيانات أنظف.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو الدقة المطلقة: يجب عليك التحقق ليس فقط من السُمك ولكن أيضًا من الثوابت البصرية (مثل معامل الانكسار) لمادتك، حيث يتم حساب الاثنين معًا.

في نهاية المطاف، إتقان قياس سُمك الفيلم يتعلق بالتحكم في المتغيرات التي تؤثر على كيفية تفاعل الضوء مع مادتك.

جدول الملخص:

طريقة القياس	الأفضل لنوع الركيزة	المبدأ الأساسي
الانعكاس الضوئي (Reflectometry)	معتمة (مثل رقاقة السيليكون)	يحلل نمط التداخل في الضوء المنعكس.
النفاذية (Transmission)	شفافة (مثل الزجاج، الكوارتز)	يحلل نمط التداخل في الضوء النافذ.

هل تحتاج إلى قياس سُمك الفيلم بدقة في مختبرك؟ تتخصص KINTEK في المعدات والمواد الاستهلاكية المخبرية، حيث توفر أدوات دقيقة لقياسات الانعكاس الضوئي والنفاذية. تضمن خبرتنا حصولك على بيانات موثوقة لأغشيتك على السيليكون أو الزجاج أو التركيبات المعقدة متعددة الطبقات. اتصل بخبرائنا اليوم