Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 35
Текст из файла (страница 35)
по. скольку повторное испарение молекул происходит равновероятно по всем направлениям и, следовательно, не вызывает дополнительного крутящего Момента. Общими преимушествами датчиков обоих типов являются простота их конструкции, независимость показаний от величины давления остаточных газов, от количества предварительно осажденного вещества и отсутствзе пбдстройки нулевого положения. В принципе конструкции не обязательно ограничены цнлнндрическим ротором; могут быть использованы также вращающиеся диСКи, которые можно разместить ближе к подложкам.
Хотя поток напраплен почти перпендикулярно к поверхности такого датчнка, Вивитт показал, что дисковые конструкции более чувствительны, чем цнлнндровые )289). Он сконструировал датчик с диском из тонкой алюминиевой фольги, который имел чувствительность 0,04 А ° с-' рад т для А! и постоянную времени 0,5 мип. Постоянную времени можно уменьшить, но только за счет потери чувствительности. Б. Измерение массы осажденного вещества Датчзки, чувствительные к массе вещества, могут быть использованы для любых испаряемых веществ. Эти датчики регистрируют либо вес осажденного вещества, либо изменение частоты колебаний небольшого кристалла кварца, на поверхность которого наносится испаряемое вещество, Дат.
чики обоих типов могут быть сделаны очень чувствительными в характерной области, где внешние эффекты сильно влияют иа нх работу. Поскольку измеряемой величиной является масса осажденного вещества, то для полу. чения толщины пленки необходимо знать плотность вещества. Для пленок оиа обычно меньше, чем для массивного веществе. Более того, поскольку расположение датчика и подложки относительно испарителя обычно отличаются, то необходимо вводить геометрические коэффициенты, так же как 1. Аппаратура я методы контроля осаждения пленок это было сделано для ионизацианнык датчиков. Чувствительность датчика обычно трудно рассчитать с необходимой точностью.
Поэтому датчики, чувствительные к массе, лучше всего калибровать после их монтажа в установке, используя для этого независимые методы измерения толщины пленки на подложке. 1) Микровзвешивание. Устройства, с помощью которых можно проводить гравиметрическое определение малых количеств массы, относят к устройствам микровзвешивания. Их конструкции могут быть основаны Рнс. СО. а — устроастао ннкроаесев, скеаструнраааннык на основе неааныаоа снстсны ынкроаынернетра; б — екектрнаескаа стена ннкровссов (ткт]. на различных принципах, таких как удлинение спирали яз тонкой кварцевой нити, закручивание нити или отклонение рычага от равновесия.
Эти конструкции, помимо техники измерения тонких пленок, находят применение во многих областях техннхи, так что литература по микровзвешнва. иню и связанным с ннм проблемами весьма обширна. Подробный обзор по конструкциям устройств микровзвешявания, включая таблицу различных моделей и их чувствительности, был опубликован Берндтом з 1956 г. )291). Последние разработки особенно для вакуумных применений можно найти в сборнике «Часппш М!сгоЬа!апсе ТесЬп!йпезв, который представляет собой сборник трудов ежегодного симпозиума по этой проблеме„ проводимого регулярно с 1961 г. )Р1еппш Ргезз, г!етч 'т'огй). В этом сборнике рассмотрены наиболее широко используемые модели, ценность которых для измерения параметров тонких пленок несомненна; число устройств для микровзвешивания не ограничено только этими моделями.
Кэмпбелл и Блекберн )244) сконструировали относительно простые мнкровесы на основе конструкции мнкроамперметра. Один из последних варнантов этой модели был опубликован Хайессом н Робертсом )292). На рис. 46 приведены схемзтнчесное устройство н электронная схема этих И1 Гл. 1. Вакуумное нспаренне мнкровесов. Стрелка амперметра сбалансирована противовесом н упругостью пружины катушки. В нулевом положении на оба фотоднода через отверстне в заслонке падает одннаковое количество света.
Отклонения от нулевого положения вызывает нзменення сопротивления фотоднодов н, следовательно, разбаланс мостовой схемы. Возникающий прн этрм ток протекает через катушку амперметра н создает силу, которая возвращает стрелку амперметра в исходное положение. Ток, протекающн5 через катушку, пропорционален силе, действующей на слюдяную пластину на другом конце стрелки. Этот ток уснлнвается н подается на самописец для непрерывной запнсн колнчества нспаряемого вещества. В положения, прнведенном на рнс. 46, а, на пластннку слюды действуют две силы, связанные с осаждением нспаряемого вещества.
Во.первых, это сила тяжести осажденного вещества Рт = 5 АитРгГ Днп, 178) где А,„— площадь пластинки; р— плотность вещества; с1 — толщина пленки, см; 5 — гравитационная по. стоянная. Эта сила стремятся наклона еллр 77ггрлелняа нить стрелку вниз. Вверх действует сила, связанная с передачеА пла. Рис. ЕГ. Зависимость силн стннке импульса от соударяющнхся от времени длв мивровесов с ней молекул.
Предполагая, что раствльноа осью и плвстииоа стоявне от нспарнтеля до датчика вильном потово паров. достаточно велико, так что все молекулы попадают на пластинку под одним н тем же углом падения О, можно динамическую силу, возникающую от потока молекул, представить в виде освмдеини с горизонпрн верти гГМ Рз= ссоз0 дин, й гзге т1М/г1т' — скорость осаждения массы на плошади пластинки г ° с с =- 14 551 ргТ(М см с т — средняя скорость ьюлскул. Поскольку йММГ = — Аи,ргР, то динамическая сила связана со скоростью осаждения й', А с ' соотношением Зависимость результирующей силы Р, — Рв, наблюдаемой пря нспареннн постоянной скоростью, от временн испарения представлена ка рнс.
47. няня постоянного увелнченвя веса Р, = 5 АюрМ' сдвинута вниз на величину постоянной силы Рв. Показания истинного веса наблюдаются прн прекращении испарения. Зависимости показаний от веса и величины передаваемого импульса характерны также к для другнх конструкцнй мнкровесов. Для разделения этих эффектов надо орнентнронать пластинку в вертнкальном поло. женнн, а поток паров должен падать горизонтально.
Если затем стрелку и нвестн в горизонтальное положение, как показано ва рнс. 46, а, то прн. р будет показывать только вес. Наоборот, если стрелку опустнть верти- и + и тт а сь р ф' Рв-— 1,4551 1О е Агп р Рг Т(М гГ соз 0 днн. 7. Аппаратура и методы контроля осаждения пленок кальво так, чтобы она была параллельна силе тяжести, го прибор будет регистрировать силу, связанную с передачей импульса [292[. Другие типы микровесов обычно не имеют таких возможностей. Для оценки величины свл, возникающих при осаждении пленки, подставим численные значеяия в уравнения(78) и ~79).Металл с плотностью 10г см-а имеетвеа 10-У Г на площади в ! см при толщине пленки в один А, что эквивалентно силе 10-' дин см-ь/А, Постоянная вещества р [!774( может меняться от 20 до 85 для различных металлов, если использоватыемпературы, необходимые для получения давления !0-' мм рт. ст, испаряемого вещества.
Наиболее часто встречаются величины в пределах от 40 до 50. Тогда при соударении под прямым углом (О == 0) один см' поверхности пла- Нить зпнручибаиии стивы будет подвержен действию силы 7 !О ь дии при скорости осаждениЯ 1А . с"с. ПосколькУ мжл~исг реальная площадь пластины Ятлетлеис обычно составляет 1 см', то для Иагиит ьлст йеепс получения точности в нзиерении леле толщины * 1О А или в измерении лгели4 лдоискорости осаждения ~ 1 А с-' необходим датчик, точность ко. П жиик ллсУегла ии ь торого составляла бы 10-' Г пли примерно 1О-с дии. Большинство ргаждеииилс микровесов имеют большую точ- аещестдом ность. Так, например, микро- весы Хайеса и Робертса имеют Рпс. ш.
Уссройсспо ммпропесоп с поапсмаксииалвнуш ЧУВСтВитЕЛЬНостЬ '"'й мп пптм ""руспопнпп и елепсромл- пмупой помпспспруюшей сапой пл поппе 2 10-"Г и могут регистрировать плеча (уы). динамическую силу 5 10-ь дин. В большинстве конструкций микровесов используется коромысло, сбалансированное на туго натянутой закручиваемой пити. При измерении веса во многих из них для регистрации отклонения используются катетометры или микроскопы [293). Такие весы могут иметь чувствительность 1,5 !О-' Г [294, 295[, Для измерений и контроля внутри вакуумных систем удобнее использовать си.
стену, в которой отклонение плеча вызывает появление компенсирующей силы, создающей пропорциональный электрический сигнал. Такие весы называются электромагнитными или электростатическими в зависимости от того, какое явление используется для создания компенсирующей силы. Нулевое положение плеча в них обычно устанавливают с помощью светового луча; для втой цели можно использовать также эффекты, основан.
цые на емкости илн индуктивности. Схематическое изображение электромагнитных крутильных весов приведено на рис. 48. Модель полностью сконструирована из кварцевых стержней с использование кварцевой крутильной нити диаметром 40 мкм [296[. В этих весах на одном из концов коромысла укреплен небольшой магнит. Для создания компенсирующей силы этот магнит притягивается расположенным над ним соленидом.
Для гашеная колебаний магнит окружен медным цилиндром Весы позволнют регистрировать вес !О-т Г с точностью ~ 10ой. Для сравнения можно указать, что монослой железа площадью в 1 смс весит 1,8 !О ' Г. Весы, приведенные на рис. 48, были видоизменены [297). Вместо магнита в них была применена тонкая металлнзованная пластинка кварца, служащая центральной пластиной конденсатора, пмеюще~<> грп пластины. Ее можно было заряжать электростатически, поскольну вместо кварцевой нити была использована вольфрамовая нить. Гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
