2.3. Порядок проведения исследований

2.3.1. Измерение спектров пропускания тонких пленок.

1. Получить образцы для измерений – прозрачную подложку с нанесенным слоем a-Si:H, прозрачную подложку с нанесенным слоем ITO, прозрачную подложку без нанесенного слоя. При работе с образцами нельзя трогать поверхность плёнки руками – необходимо пользоваться пинцетом.

2. Убедиться, что оптическая схема соответствует рис. 2.9. В противном случае произвести правильное подключение волноводов.

3. Включить все приборы. При этом на передних панелях приборов загораются индикаторы. На блоке источников света выбрать среднее положение тумблера лицевой панели. Необходимо обеспечить прогрев лампы источника излучения в течении не менее чем 20 минут.

4. Вызвать программу управления спектрометром, дважды щёлкнув мышью по иконке (на рабочем столе ПК) с названием AvaSoft 7.5. После загрузки программы на мониторе появляется первый экран (рис. 2.10.). Экран пуст, поскольку измерения пока не проведены.

5. Перед проведением измерений необходимо провести измерения темнового сигнала спектрометра и без образца.

5.1. Убедиться, что в держателе нет образца. В верхнем меню нажать кнопку S. Перевести выключатель осветителя в крайнее правое положение. Нажать кнопку Start. Через несколько секунд нажать кнопку Stop. На экране появится результат измерений. Возможно, света в спектрометре будет либо слишком много или слишком мало при данном наборе установок. То, что световой поток слишком велик, означает, что для определенного участка длин волн сигнал будет насыщен и это выражается в появлении прямой линии на уровне максимального сигнала (по оси Y) и появлении надписи “saturated” на линейке статуса

Рис. 2.9. Первый экран при работе с программой

 

спектрометрического канала. Эта проблема обычно может быть решена уменьшением времени интегрирования. Время интегрирования может быть изменено в главном окне в белом боксе внизу кнопки start/stop. Если AvaSoft накапливает данные, то кнопка start/stop показывает красный ‘stop’ и бокс времени интегрирования становится серым, - индикатор того, что время интегрирования не может быть изменено. После нажатия кнопки ‘stop’ накопление данных останавливается, и время интегрирования может быть изменено. В результате измененное время интегрирования можно увидеть после нажатия зеленой кнопки ‘start’. Попробуйте настроить время интегрирования таким, чтобы максимальный счет (сигнал) в выбранном диапазоне длин волн был порядка 80% от максимального значения. Когда в спектрометр поступает недостаточно света, время интегрирования должно быть увеличено. После того как будет найдено оптимальное время интегрирования необходимо нажать белый квадратик. Программа предложит сохранить данные, на что надо согласиться.

5.2. Измерение значений темнового сигнала. Перевести выключатель осветителя в среднее положение. Нажать кнопку S. Нажать кнопку Start. Через несколько секунд нажать кнопку Stop. На экране появится результат измерений темнового сигнала. Нажать чёрный квадратик. Программа предложит сохранить данные, на что надо согласиться, нажав кнопку «ОК» в появившемся окне.

6. Установить первый измеряемый образец в держатель.

6.1. Перевести выключатель осветителя в крайнее правое положение. Нажать Start для начала проведения измерений

6.2. В верхнем меню нажать кнопку T. На экране появится результат измерений пропускания (рис. 2.10). Через несколько секунд остановить измерения, нажав на кнопку Stop.

Рис. 2.10. Результат измерения пропускания.

6.3. Для улучшения соотношения сигнал/шум несколько спектров могут быть усреднены. Для того чтобы это сделать величина (значение) в белом боксе усреднения в главном окне (следующем боксе после бокса времени интегрирования) должна быть увеличена. Эту величину можно изменить только в статическом режиме. Когда AvaSoft накапливает данные, бокс усреднения становится серым.

6.4. Сохранить данные измерений. Данные будут сохранены в формате программы, т.е. их можно вызвать только при работающей программе. Данные также необходимо сохранить в формате ASCII. Для этого необходимо выбрать файлы для конвертирования: File → Conver Graph , далее с помощью обозревателя найти ранее созданную папку, выделить файлы и дать команду выполнить операцию.

7. Установить второй образец в держатель. Провести аналогичные измерения по п.6.1-6.4.

8. Установить прозрачную подложку в держатель. Провести аналогичные измерения по п.6.1-6.4.

2.3.2. Измерение спектров отражения тонких пленок.

1. Отключить оптоволоконные волноводы 1 и 2 от источника излучения и спектрометра. Подключить оптоволоконные волноводы рефлектометрического пробника к источнику излучения и спектрометру согласно рис 2.7.

2. Установить на столик первый измеряемый образец на стеклянной подложке, подложкой вниз. Образец устанавливается на специальные подставки, обеспечивающие зазор между нижней плоскостью подложки и измерительным столиком. Приблизить торец оптоволоконного щупа, закреплённого в держателе, к образцу, следя при этом, чтобы не было касания поверхности.

3. Запустить программу AvaSoft 7.5. 

4. Перед проведением измерений необходимо провести измерения контрольного образца и темнового сигнала спектрометра. Контрольным образцом служит подложка германия.

4.1. Необходимо выровнять поверхности измеряемого образца и контрольного образца. Для этого с помощью микромеханического щупа провести замер расстояния до поверхности измеряемого образца. Затем с помощью микромеханических винтов у основания столика переместить микромеханический щуп к контрольному образцу (подложке), сняв предварительно с него защитную крышку. С помощью микромеханического винта, перемещающего контрольный образец по вертикали, достичь равного расстояния до поверхности контрольного и измеряемого образцов. Поставить под оптический щуп контрольный образец. В верхнем меню нажать кнопку S. Нажать кнопку Start. Через несколько секунд нажать кнопку Stop. На экране появится результат измерений.

4.2. Убедиться, что интенсивность сигнала соответствует критериям, указанным в п. 5.1 раздела 2.3.1. Если интенсивность слишком велика или слишком мала необходимо провести соответствующие корректировки (п. 5.1 раздела 2.3.1).

4.3. Выбрать режим измерения отражения. Для этого в верхнем меню “Setup” ->”Options” выбрать “View Reflectance instead of Transmittance” (см рис. 2.10).

4.4. Загрузить данные о спектре отражения контрольного образца. Для этого в верхнем меню “Setup” ->”Options” выбрать “Use Custom Reflectance Reference” (см рис. 2.11). Далее программа предложит ввести данные вручную или загрузить из файла. Необходимо загрузить файл “Ge-refl-monitor.ws”, находящийся в папке “Reference”. После этого появится зеленая рамка вокруг белого квадратика, находящегося рядом с кнопкой “Start”. Нажать белый квадратик. Программа предложит сохранить данные, на что надо согласиться.

4.2. Измерение значений темнового сигнала. Закрыть световой поток, идущий по оптическому волноводу, переведя выключатель на осветителе в среднее положение. Нажать чёрный квадратик. Программа предложит сохранить данные, на что надо согласиться, нажав кнопку «ОК» в появившемся окне.

5. Провести измерение отражения от образца.

5.1. Переместить под оптический щуп измеряемый образец.

5.2. Перевести выключатель осветителя в крайнее правое положение. Нажать кнопку Start.

5.3. В верхнем меню нажать появившуюся кнопку R. На экране появится результат измерения отражения. Через несколько секунд остановить измерения, нажав на кнопку Stop.

Рис.2.11. Выбор режима измерения отражения

5.4. При необходимости выставить большее количество проходов сканирования (Average).

5.5. Сохранить данные измерений. Данные будут сохранены в формате программы, т.е. их можно вызвать только при работающей программе. Данные также необходимо сохранить в формате ASCII. Для этого необходимо выбрать файлы для конвертирования: File → Conver Graph , далее с помощью обозревателя найти ранее созданную папку, выделить файлы и дать команду выполнить операцию.

 6. Провести аналогичные измерения спектра коэффициента отражения для второго образца. Для этого необходимо провести аналогичную процедуру по п.5.

7. Провести аналогичные измерения спектра коэффициента отражения от прозрачной подложки, для которой были произведены измерения спектра коэффициента пропускания.

2.3.3. Измерение спектра отражения и толщины одиночного оптического покрытия.

1. Получить данные о возможном диапазоне толщин измеряемых пленок и материале подложке.

2. Установить на столик измеряемый образец согласно п.2. раздела 2.3.2. Выровнять поверхности измеряемого и контрольного образцов согласно п. 4.1 раздела 2.3.2.

3. Вызвать программу AvaSoft - Thinfilm, дважды щёлкнув мышью по иконке (на рабочем столе ПК) с названием AvaSoft 7.5 Thinfilm USB2. После загрузки программы на мониторе появляется первый экран (рис. 2.12.). Экран пуст, поскольку измерения пока не проведены.

 

Рис. 2.12. Первый экран при работе с программой AvaSoft - Thinfilm

 

4. Перед проведением измерений необходимо провести измерения контрольного образца и темнового сигнала спектрометра.

4.1. Поставить под оптический щуп контрольный образец. В верхнем меню нажать кнопку S. Нажать кнопку Start. Через несколько секунд нажать кнопку Stop. На экране появится результат измерений. Выставить время проведения интегрирования согласно п. 5.1 раздела 2.3.1. Нажать белый квадратик. Программа предложит сохранить данные, на что надо согласиться.

4.2. Измерение значений темнового сигнала. Закрыть световой поток, идущий по оптическому световоду, установив тумблер на лицевой панели источника света в среднее положение. Нажать кнопку S. Нажать кнопку Start. Через несколько секунд нажать кнопку Stop. На экране появится результат измерений темнового сигнала. Нажать чёрный квадратик. Программа предложит сохранить данные, на что надо согласиться, нажав кнопку «ОК» в появившемся окне.

5. Задать значения параметров материала контрольного образца, подложки и плёнки, выбрав из базы данных соответствующий файл. (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Окно параметров контрольного и исследуемого образцов

 

6. Переместить измеряемый образец под оптоволоконный щуп.

6.1. В верхнем меню нажать кнопу R.

6.2. Убедиться, что сигнал от измеряемого образца не уходит в насыщение. При необходимости провести изменения времени интегрирования или расстояния от поверхности образца до оптического щупа (см. п. 5.1 раздела 2.3.1). Если в процессе измерений производится изменение времени интегрирования или расстояния, то необходимо заново провести измерения сигнала от контрольного образца и темнового сигнала спектрометра.

6.3. Выставить количество проходов сканирования (Average) – не менее 10.

6.4. Затем нажать Start для начала проведения измерений. На экране появится результат измерений. Через несколько секунд остановить измерения, нажав на кнопку Stop. На маленьком экране выводится значение толщины плёнки. Необходимо зафиксировать определяемое значение толщины пленки. В программе также предусмотрен автоматический расчёт погрешности измерений. Для каждого измерения в окошке «Fit Quality» (рис. 2.12) выводится значение погрешности измерений толщины в нанометрах (нм). Необходимо также зафиксировать эту величину.

6.5. Сохранить данные измерений. Данные будут сохранены в формате программы, т.е. их можно вызвать только при работающей программе. Данные также необходимо сохранить в формате ASCII. Для этого необходимо выбрать файлы для конвертирования: File → Conver Graph , далее с помощью обозревателя найти ранее созданную папку, выделить файлы и дать команду выполнить операцию.