ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ограничения традиционных методов термометрии из "Лазерная термометрия твердых тел " Основным отличительным признаком и ограничением традиционных методов термометрии является необходимость теплообмена между исследуемым объектом и термочувствительным элементом датчика. Для измерения температуры поверхности с помощью контактного термометра (термопара, терморезистор) необходимо тепловое равновесие объекта и датчика. Наличие теплового равновесия часто является неподтвержденной гипотезой при проведении измерений. Для достижения равновесия тепловое сопротивление между объектом и датчиком должно быть намного меньше, чем тепловое сопротивление между датчиком и окружающей средой. Для выполнения этого условия необходимо обеспечить надежный тепловой контакт между датчиком и объектом, а также тепловую изоляцию датчика от окружающей среды. Контакт сферического спая термопары с поверхностью сосредоточен на столь малой площади, что тепловое сопротивление контакта может быть сравнимо с сопротивлением утечки тепла от спая. При этом измерения проводятся фактически не в режиме теплового равновесия, а в режиме теплового потока, и измеряемая температура относится только к датчику, но не к объекту исследования. Причины, приводящие к погрешностям, достаточно изучены [1.15, 1.16], известны также и методы их устранения (например, напыление пленочной термопары на поверхность [1.17] или приклеивание сп 1я термопары к поверхности [1.18]). Эти усовершенствования очень трудоемки и резко снижают производительность измерений, поэтому применяются они редко. [c.11] Контактные методы термометрии поверхности несовместимы по производительности, трудоемкости и точности измерений с современными методами диагностики, применяемыми для исследований в микротехнологии [1.19-1.22]. Из диагностического комплекса практически всегда постепенно устраняются те методы, которые уступают другим по названным характеристикам, а остаются лишь более удобные методы (при этом вместе с устраненными методами утрачивается и информация). По этой причине литературные данные о влиянии температуры на поверхностные процессы при осаждении или травлении пленок так малочисленны. [c.12] На рис. 1.2 показана температурная зависимость интегрального коэффициента излучения кремния. При дальнейшем повышении температуры до 0 1000 К коэффициент излучения принимает значение 0,7 и затем практически не изменяется до температуры плавления (зависимость от длины волны также очень слабая). [c.13] Несмотря на многие неоспоримые достоинства радиационной термометрии (бесконтактный характер, высокую производительность измерений, возможность визуализации температурных полей, быстродействие), этот метод не входит в число распространенных, поскольку интерпретация результатов часто требует проведения достаточно сложных дополнительных исследований с целью правильно учесть особенности конкретной установки, материала и процесса. [c.13] В последние годы появились работы, в которых температуру поверхности модулируют внешним источником нагрева (например, лазером) [1.26-1.28]. При этом происходит также модуляция интенсивности и спектра теплового излучения, что позволяет более надежно выделить сигнал, связанный с тепловым излучением, на фоне постороннего излучения. Указанный метод не позволяет, однако, суш ественно увеличить интенсивность теплового излучения без заметного возмуш ения измеряемой величины. В тех случаях, когда необходима именно большая интенсивность регистрируемого излучения, применение метода модулированного теплового излучения не увеличивает надежности термометрии. [c.14] Контактные измерения с электрическим считыванием (термопара и т.д.) заметно осложняются, когда объект находится под высоким потенциалом относительно земли или подвергается воздействию высокочастотных электромагнитных полей. Такие условия измерений типичны для плазменных или пучковых процессов микротехнологии (осаждение тонких пленок, травление микроструктур, ионная имплантация полупроводников и т.д.). Датчик приходится экранировать, но при этом изменяются условия теплообмена с исследуемым объектом, появляется систематическая погрешность, увеличивается постоянная времени. [c.14] Нанесение термочувствительных красителей [1.34, 1.35], жидких кристаллов [1.36] или люминофора [1.37-1.39] непосредственно на исследуемую поверхность не только исключает электрические помехи, но и полностью решает проблему теплового контакта. Такой способ можно применять для термометрии в случаях, когда свойства поверхности не влияют на теплообмен (например, при атмосферном давлении, когда лимитируюш,ей стадией теплообмена является перенос энергии через пограничный слой). Если же наличие дополнительного слоя изменяет характеристики теплообмена (например, коэффициент тепловой аккомодации энергии налетаюш,их частиц при низких давлениях), нанесение термочувствительных материалов на поверхность теряет смысл, поскольку здесь процесс измерения суш,ественно влияет на исследуемое явление. [c.15] Трудоемкость исследования увеличивается из-за того, что необходимо наносить слой термочувствительного материала на изучаемую поверхность. Поэтому метод термометрии с применением термочувствительного слоя не слишком удобен для проведения систематических исследований и совсем не годится для технологического контроля (из-за наличия дополнительной операции). Однако этот метод ясно указывает перспективное направление дальнейших исследований и разработок при создании методов термометрии необходимо избавиться от любых промежуточных термопреобразователей, сам изучаемый объект должен выполнять роль термочувствительного элемента, показания которого считываются световым пучком. Именно такой подход получил широкое распространение в последнее десятилетие. [c.15] Вернуться к основной статье