يتم قياس سُمك الغشاء الرقيق أثناء التبخير باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات، ولكل منها مزاياها وقيودها. تُستخدم طرق الرصد في الوقت الحقيقي مثل المقياس المجهري لبلورات الكوارتز (QCM) والتداخل البصري بشكل شائع لتتبع نمو الفيلم أثناء الترسيب. وبعد الترسيب، تُستخدم تقنيات مثل قياس الإهليلجية، وقياس الملامح، وقياس التداخل، وانعكاسية الأشعة السينية (XRR)، والفحص المجهري الإلكتروني المقطعي (SEM/TEM) لإجراء قياسات دقيقة. وتعتمد هذه الطرق على مبادئ مثل التداخل وتحليل معامل الانكسار والتحليل الميكانيكي لتحديد السُمك. يعتمد اختيار التقنية على عوامل مثل خصائص المواد والدقة المطلوبة وما إذا كان القياس في الموقع أو بعد الترسيب.
شرح النقاط الرئيسية:
-
ميكروبالان الكوارتز البلوري الكوارتزي (QCM)
- المبدأ: تقيس مستشعرات QCM تغيرات الكتلة على مرنان بلورة الكوارتز أثناء الترسيب. ومع نمو الفيلم، تزداد الكتلة، مما يتسبب في حدوث تحول في تردد رنين البلورة.
- المزايا: المراقبة في الوقت الحقيقي، والحساسية العالية، والملاءمة للقياسات في الموقع.
- القيود: يتطلب معايرة وهو حساس للعوامل البيئية مثل درجة الحرارة والضغط.
-
التداخل الضوئي
- المبدأ: تحلل هذه الطريقة نمط التداخل الناتج عن الضوء المنعكس من الواجهات العلوية والسفلية للفيلم. ويُستخدم عدد قمم التداخل والوديان لحساب السُمك.
- المزايا: عدم التلامس والمراقبة في الوقت الحقيقي والدقة العالية للأغشية الشفافة أو شبه الشفافة.
- القيود: تتطلب معرفة معامل انكسار المادة وقد لا تعمل بشكل جيد مع الأغشية الرقيقة جدًا أو عالية الامتصاص.
-
قياس الإهليلج
- المبدأ: يقيس التغيرات في حالة استقطاب الضوء المنعكس من سطح الفيلم. ويُشتق السُمك من إزاحة الطور وتغير سعة الضوء المنعكس.
- المزايا: عالية الدقة وغير مدمرة ومناسبة للأغشية الرقيقة جدًا (نطاق النانومتر).
- القيود: يتطلب نموذجًا لتفسير البيانات وحساسًا لخشونة السطح.
-
قياس الملامح
- المبدأ: يقوم القلم الميكانيكي أو المسبار البصري بمسح سطح الفيلم لقياس فروق الارتفاع بين الفيلم والركيزة.
- المزايا: قياس مباشر، مناسب لمجموعة واسعة من السماكات (0.3 إلى 60 ميكرومتر).
- القيود: يتطلب وجود خطوة أو أخدود بين الفيلم والركيزة، وقد يؤدي إلى تلف الأغشية الرقيقة.
-
قياس التداخل
- المبدأ: يستخدم أهداب التداخل الناتجة عن سطح عاكس للغاية لقياس السُمك. يتوافق تباعد الأهداب مع سُمك الغشاء.
- المزايا: دقة عالية وقياس عدم التلامس.
- القيود: يتطلب سطحًا عاكسًا وقد يتأثر بتجانس الغشاء.
-
الانعكاسية بالأشعة السينية (XRR)
- المبدأ: يقيس شدة الأشعة السينية المنعكسة من الفيلم بزوايا مختلفة. يتم تحديد السُمك من نمط التداخل في الأشعة السينية المنعكسة.
- المزايا: دقة عالية للأغشية الرقيقة جدًا (نطاق النانومتر) والهياكل متعددة الطبقات.
- القيود: يتطلب معدات متخصصة وحساسة لخشونة السطح وتغيرات الكثافة.
-
المقطع العرضي SEM/TEM المقطعي
- المبدأ: يستخدم الفحص المجهري الإلكتروني لتصوير مقطع عرضي للفيلم. يتم قياس السُمك مباشرة من الصورة.
- المزايا: يوفر معلومات هيكلية مفصلة ودقة عالية.
- القيود: مدمرة وتتطلب تحضير عينة وتستغرق وقتًا طويلاً.
-
قياس الطيف الضوئي
- المبدأ: يقيس شدة الضوء المنقول عبر الغشاء أو المنعكس منه. يتم حساب السُمك بناءً على نمط التداخل وخصائص المادة.
- المزايا: عدم التلامس، ومناسب لمناطق أخذ العينات المجهرية، ويعمل مع مجموعة واسعة من السماكات.
- القيود: تتطلب معرفة الخواص البصرية للمادة وقد لا تعمل بشكل جيد مع الأغشية الرقيقة جدًا أو عالية الامتصاص.
-
قياس الملامح بالملامح
- المبدأ: قلم ميكانيكي يتحرك عبر سطح الفيلم لقياس فرق الارتفاع بين الفيلم والركيزة.
- المزايا: قياس بسيط ومباشر.
- القيود: يتطلب خطوة أو أخدود وقد يؤدي إلى تلف الفيلم.
-
التقنيات البصرية غير التلامسية
- المبدأ: يستخدم طرقًا بصرية مثل قياس التداخل أو القياس الطيفي لقياس السُمك دون تلامس مادي.
- المزايا: غير مدمرة وعالية الدقة ومناسبة للأفلام الحساسة.
- القيود: يتطلب سطحًا عاكسًا أو شفافًا وقد يتأثر بتجانس الغشاء.
وباختصار، يعتمد اختيار التقنية على المتطلبات المحددة لعملية الترسيب، مثل الحاجة إلى المراقبة في الوقت الحقيقي، وخصائص المواد للفيلم، والدقة المطلوبة. يمكن أن يوفر الجمع بين طرق متعددة فهمًا أكثر شمولاً لسماكة الفيلم وتوحيده.
جدول ملخص:
| التقنية | المبدأ | المزايا | القيود |
|---|---|---|---|
| الكوارتز الكريستالي الدقيق | يقيس تغيرات الكتلة على مرنان بلوري كوارتز | مراقبة في الوقت الحقيقي، حساسية عالية | تتطلب معايرة، حساسة للعوامل البيئية |
| التداخل الضوئي | تحليل أنماط التداخل من الانعكاسات الضوئية | مراقبة غير تلامسية، مراقبة في الوقت الحقيقي، دقة عالية | يتطلب معرفة معامل الانكسار، وهو أقل فعالية في الأغشية الرقيقة/الممتصة |
| قياس الإهليلج | يقيس تغيرات الاستقطاب في الضوء المنعكس | عالية الدقة وغير مدمرة ومناسبة للأغشية ذات النطاق النانومتري | يتطلب نموذج تفسير البيانات، حساس لخشونة السطح |
| قياس الملامح | مسح سطح الفيلم باستخدام قلم ميكانيكي أو مسبار بصري | قياس مباشر، مناسب للأغشية من 0.3 إلى 60 ميكرون | يتطلب خطوة أو أخدود، قد يؤدي إلى تلف الأغشية الرقيقة |
| قياس التداخل | يستخدم أهداب التداخل من سطح عاكس | دقة عالية، عدم التلامس | يتطلب سطحًا عاكسًا، يتأثر بتجانس الفيلم |
| الانعكاسية بالأشعة السينية (XRR) | يقيس شدة الأشعة السينية المنعكسة عند زوايا مختلفة | دقة عالية للأغشية الرقيقة للغاية والهياكل متعددة الطبقات | يتطلب معدات متخصصة، حساسة لخشونة السطح وكثافته |
| المقطع العرضي SEM/TEM المقطعي | صور المقطع العرضي للفيلم باستخدام المجهر الإلكتروني | معلومات هيكلية مفصلة، عالية الدقة | مدمرة، تتطلب تحضير العينات، وتستغرق وقتاً طويلاً |
| قياس الطيف الضوئي | يقيس شدة الضوء المنقول أو المنعكس من خلال الفيلم | عدم التلامس، مناسب للمناطق المجهرية، نطاق سماكة واسع | يتطلب معرفة الخصائص الضوئية، وأقل فعالية للأغشية الرقيقة/الممتصة |
| قياس الملامح بالملامح | يقيس فروق الارتفاع باستخدام قلم ميكانيكي | قياس بسيط ومباشر | يحتاج إلى خطوة أو أخدود، قد يؤدي إلى تلف الفيلم |
| عدم التلامس البصري | يستخدم طرقًا بصرية مثل قياس التداخل أو القياس الطيفي | غير مدمرة وعالية الدقة ومناسبة للأفلام الحساسة | يتطلب سطحًا عاكسًا/شفافًا، ويتأثر بتجانس الفيلم |
هل تحتاج إلى مساعدة في اختيار تقنية قياس سُمك الغشاء الرقيق المناسبة؟ تواصل مع خبرائنا اليوم للحصول على نصائح مصممة خصيصاً لك!
