Меню
  • Компания
  • Каталог
  • Услуги
  • Наши проекты
  • Новости
  • Статьи
  • Решения
  • Контакты
  • Измерение толщины углеродных покрытий

    | 15 Время чтения:
    Анализ толщины и оптических постоянных аморфных углеродных покрытий методом спектральной эллипсометрии

    Аморфные (a-C) и гидрогенизированные аморфные углеродные (a-C:H) пленки отличаются множеством полезных физических свойств: жесткостью, малым трением, электроизоляцией, химической инертностью, оптической прозрачностью, биологической совместимостью, способностью к избирательному поглощению фотонов, гладкостью и устойчивостью к износу. Долгие годы такие технологически перспективные свойства притягивают огромный интерес к этим покрытиям. Они широко используются для изменения поверхности материалов и улучшения их трибологических характеристик.

    Контроль толщины слоев и оптических постоянных – важнейший параметр для оптимизации покрытий в научно-исследовательских и производственных целях. Определение характеристик аморфных углеродных покрытий методом спектральной эллипсометрии позволяет осуществлять одновременное измерение этих характеристик, а также получать дальнейшую информацию о шероховатости поверхности и соотношении sp2 и sp3 связей. Кроме того, эта методика позволяет получить данные о прилегании покрытия на границе раздела между подложкой и покрытием.

     

    Характеристики алмазных и алмазоподобных материалов

    Углеродные пленки с очень высокой жесткостью, высоким сопротивлением и диэлектрическими оптическими свойствами описываются как алмазоподобный углерод (таблица 1).

    В настоящее время покрытия наносятся на огромное количество объектов, начиная с маленьких предметов и заканчивая большими шаблонами и литейными формами. Быстро распространяется применение алмазоподобных углеродных пленок, включающее в себя декоративные/маловязкие покрытия, покрытия для инструментов высокоскоростной обработки алюминия и медных сплавов, керамических прокладок в смесителях, направляющих в машинах для обработки текстиля, штампов/шаблонов, уплотнителей, метчиков и мн. др. Наибольшее применение эти пленки нашли в изготовлении магнитных запоминающих сред и оптических покрытий.

    Таблица 1

     

    Тонкая пленка

    Массив

    Природа

    Осажденный алмаз

    a-C

    a-C:H

    Алмаз

    Графит

    Кристаллическая структура

    Кубическая

    a0=3.561Å

    Аморфная

    Смешанные sp2 и sp3 связи

    Аморфная

    sp3/sp2

    Кубическая

    a0=3.567Å

    Шестигранная

    a=2.47

    Форма

    Ограненные кристаллы

    Гладкая или шероховатая

    Гладкая

    Ограненные кристаллы

     

    Жесткость (Hv)

    3000-12000

    1200-3000

    900-3000

    7000-10000

     

    Плотность (г/см3)

    2.8-3.5

    1.6-2.2

    1.2-2.6

    3.51

    2.26

    Показатель преломления

    -

    1.5-3.1

    1.6-3.1

    2.42

    2.15

    Электросопротивление (Ω/см)

    >1013

    >1010

    106 - 1014

    >1016

    0.4

    Теплопроводность (W/m.K)

    1100

    -

    -

    2000

    3500

    Химическая стойкость

    Инертная

    Инертная

    Инертный

    Инертный

    Инертный

    Содержание водорода (H/C)

    -

    -

    0.25-1

    -

    -

    Скорость роста (мкм/ч)

    ~1

    2

    5

    1000 (синтетический)

    -

    Что представляет собой спектральная эллипсометрия?

    Спектральная эллипсометрия (SE) – это оптическая методика, которая преимущественно применяется для определения толщины пленки и оптических постоянных (n,k) в однослойных или многослойных структурах.

    Спектральная эллипсометрия основывается на измерении поляризованного излучения. Это неразрушающий метод, не требующий пробоподготовки. Методика очень чувствительная, что позволяет определять толщину пленки с разрешением в ангстремах.

    Эллипсометрия очень информативна в описании многослойных покрытий, она позволяет определить границу раздела, шероховатость, градиент пленки, анизотропию пленки, и т.д.

     

    Определение оптических характеристик алмазоподобных покрытий методом спектральной эллипсометрии

    Пример 1

    Тетраэдрические алмазоподобные углеродные пленки (ta-C) наносились фемтосекундным импульсным лазером на подложки c-Si в условиях высокого вакуума. Целью данного исследования было изучение влияния плотности энергии лазерного излучения на толщину АПУ покрытия (а также других характеристик, не указанных в данной заметке). Применение предполагалось для имплантируемых биоматериалов, целью являлось улучшение стойкости к истиранию покрытия, осажденного на протезные тазобедренные суставы.

    Были изучены три образца со следующими условиями осаждения:

    Название образца

    Время осаждения (мин)

    Плотность энергии лазерного излучения (Дж.см-2)

    1

    5

    2,8

    2

    5

    3,0

    3

    5

    4,2

    Измерения осуществлялись с помощью спектрального фазомодулированного эллипсометра UVISEL компании HORIBA Jobin Yvon по спектральному диапазону 1,5-5 eV (827-248 нм).

    Первый образец был смоделирован из одной АПУ пленки, как показано на модели 1, второй и третий образцы демонстрируют шероховатый верхний слой над алмазоподобным слоем (см. модели 2 и 3).

     

    Результаты показывают увеличение толщины АПУ пленки с увеличением плотности энергии лазерного излучения. То же самое происходит и с показателем преломления, и с коэффициентом затухания. Также можно заметить появление шероховатого верхнего слоя на образцах 2 и 3.

    Название образца

    Толщина пленки

    (Å)

    Шероховатость

    )

    1

    387

    0

    2

    379

    44

    3

    525

    45

    Оптические постоянные АПУ пленок моделировались по новой формуле аморфной дисперсии. График показывает сравнение оптических постоянных по образцам 1, 2 и 3.

     

    Пример 2

    Второй пример показывает результаты, полученные при определении характеристик очень тонкой аморфной углеродной пленки, нанесенной на подложку c-Si.

    Синхронное и очень точное определение толщины пленки и оптических постоянных тонкого a-C покрытия осуществлено с помощью спектрального фазомодулированного эллипсометра UVISEL компании HORIBA Jobin Yvon. Благодаря методу фазовой модуляции и мощной оптической схеме, UVISEL обладает превосходными рабочими параметрами точности и чувствительности в сравнении с другими эллипсометрами, представленными на рынке.

    Изображенная ниже модель использовалась для идеальной аппроксимации образца в расширенном спектральном диапазоне 190-2100 нм. Обратите внимание, что модель включает и собственный оксидный слой между подложкой и АПУ пленкой, и определение этого слоя очень важно из-за его адгезионной способности.

     

    Запатентованная процедура аппроксимации под названием BLMC, содержащаяся в программном обеспечении DeltaPsi2, позволяет осуществлять точную обработку данных по сверхтонким пленкам.

    Оптические постоянные аморфной углеродной пленки определялись по закону дисперсии New Amorphous.

     

    Заключение

    Спектральный эллипсометр UVISEL – идеальный инструмент для надежных измерений толщины пленки и оптических постоянных аморфных углеродных покрытий, даже в сложных случаях, когда толщина пленки очень мала. Прибор также позволяет определить шероховатость и адгезию на границе раздела.

     

     

     

     

     

    Вернуться

    Есть вопросы — спрашивайте!

    Наши специалисты помогут Вам, окажут бесплатную консультацию или запишут на приём

    Статьи

    Новости 1 - 20 из 26
    Начало | Пред. | 1 2 | След. | Конец