Контроль толщины тонких пленок

Определение толщины покрытия представляет серьезные методические трудности, в первую очередь из-за того, что понятие «толщина» применительно к тонким слоям теряет свою определенность в силу развитого рельефа поверхностей.

Под «истинной» толщиной пленки следует понимать величину

,

где d(y,z) – высота наружной границы металлических границ,

S– площадь поверхности слоя.

Существует ряд методов для измерения толщины проводящих тонких пленок: метод оптической интерферометрии, электрические, гравиметрические методы, методы с индикаторной иглой и т.д.

Электрические методывключают измерения электросопротивления пленкиRдвух- или четырех зондовым методом и расчет толщины по соответствующим формулам с учетом удельного сопротивления. Для двухзондового метода

,

где l– длина пленки (расстояние между контактами);

а– ширина пленочной дорожки.

Гравиметрические методыоснованы на взвешивании подложки до и после нанесения пленки. Средняя толщина пленки дается в ангстремах формулой

,

где ∆P– разность веса, мкг;

S– площадь образца, см² ;

 – плотность пленки, г∙см^-3.

Электрические и гравиметрические методы просты, однако, требуют знания в первом случае удельного сопротивления, во втором – плотности пленки.

Методы оптической интерферометриииспользуют явление интерференции света. В данной работе использован принцип образования интерференционных полос в интерферометре Майкельсона примененного в промышленном интерферометре МИИ-4.

Прибор МИИ-4 позволяет измерять высоты неровностей в пределах от 1 до 0,03 мкм.

При установке на прибор плоского отражающего образца на его изображении образуются интерференционные полосы (рис. 2.53)

1 2

а) б)

Рис. 2.53. Интерференционная картинка плоской поверхности (а); б – ступенька пленки (1) – подложка (2)

Если на подложке сформировать ступеньку пленка-подложка, то интерференционная картина изменится (рис. 2.53, б).

По этой картинке пользуясь окуляром-микрометром можно определить толщину пленки

d=0,27(N₃-N₄)/(N₁-N₂) (мкм),

где N₁,N₂,N₃,N₄–отсчеты окуляра-микрометра.

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с работой прибора МИИ-4, используя его описание.

2. Измерить толщины предлагаемых тонкопленочных образцов с помощью МИИ-4.

3. С помощью омметра измерить сопротивление этих образцов определить ρ.

4. Результаты п.п. 3,4 занести в таблицу и построить график ρ=f(d)

5. Поместить образцы в термостат и замеряя температуру и сопротивление построить график зависимости ρ=f(T) иlnσ =f()

6. Определить ТКС образцов и построить график зависимости ТКС= f(d)

7. Оценить погрешности результатов.

Таблица 2

N	d	R	ρ	ТКС
1
2
3
…

Таблица 2

T, К		293	298	303	305	308	313	318	328
N1	R, Ом
N2	R
N3	R
…