ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Постановка задачи по созданию метода термометрии из "Лазерная термометрия твердых тел " Представления о свойствах идеального метода термометрии, предназначенного для измерений в сложных экспериментальных условиях микротехнологии, можно сформулировать следующим образом а) отсутствует необходимость в тепловом равновесии чувствительного элемента (датчика) с объектом, т. е. не нужен тепловой контакт датчика с поверхностью б) отсутствует гальваническая связь датчика с регистрирующим прибором, что устраняет электромагнитные помехи при измерениях в) результат измерения не зависит от наличия или отсутствия фонового излучения любой интенсивности в реакторе и от состояния оптических окон г) температурная чувствительность не ниже, чем у традиционных методов д) величина измеряемого сигнала достаточна для надежной регистрации и не изменяется существенно в широком диапазоне температур е) высокое быстродействие позволяет проводить измерения нестационарных температур поверхности в импульсных разрядах ж) возможны как локальные измерения, так и термография поверхностей з) возможна термометрия любых материалов (металлов, полупроводников, диэлектриков) независимо от состояния поверхности (шероховатость, тонкие пленки и т.д.) и) возможно применение как для единичных, так и для рутинных измерений к) метод может применяться для термометрии как неподвижных, так и движущихся объектов в плазме. [c.16] Регистрируемое изменение какого-либо параметра светового пучка при взаимодействии с твердым телом, позволяющее восстановить температуру тела, будем называть сигналом. Высокая помехозащищенность регистрируемого сигнала необходима потому, что плазма и ионные пучки являются источниками электрических помех в широком диапазоне частот (от долей герца до гигагерц). Оптическое фоновое излучение низкотемпературной плазмы перекрывает спектральный диапазон от вакуумного ультрафиолета (длины волн Л 100 нм) до дальнего инфракрасного (Л 100 мкм). Метод термометрии можно считать полностью помехозащищенным, если отношение сигнал/шум достигает по порядку величины 100. [c.16] Возможность наблюдения температурного поля поверхности актуальна по той причине, что скорости (и) некоторых процессов на поверхности связаны с ее температурой посредством аррепиусовой зависимости V ехр(—Д ///г0), где Д / — энергия активации. Характерные значения Д / для разных процессов микротехнологии лежат в интервале 0,1-Ь1 эВ. Подобная активационная зависимость действует как усилитель контраста она преобразует пространственную неоднородность температуры в экспоненциально усиленную пространственную неоднородность скоростей травления, осаждения и т. д. Размер неоднородностей, обычно встречающихся в процессах вакуумно-плазменной микротехнологии, близок к размеру подложек. [c.17] Существенным достоинством измерительного метода является однозначная идентификация регистрируемого сигнала должны наблюдаться качественные отличия в форме сигнала в случаях нормального и нарушенного измерительного процесса, при этом изменение формы сигнала однозначно свидетельствует об отклонении экспериментальной схемы от нормы (например, в реакторе отсутствует или неправильно установлен образец, на фотоприемник в схеме регистрации попадает постороннее излучение и т. д.). Эта характеристика методов термометрии названа идентифицируемостью сигнала [1.40. [c.17] Последовательность резонансов Фабри-Перо свидетельствует о том, что лазерный пучок взаимодействует с прозрачной плоскопараллельной пластинкой, оптическая толщина которой изменяется во времени вследствие повышения температуры. Повышение температуры, в свою очередь, указывает на то, что в реакторе возбужден и поддерживается разряд и происходит теплоперенос из плазмы на поверхность пластинки. В случае, когда в реакторе нет разряда, и температура пластинки постоянна во времени, вместо последовательности резонансов регистрируется постоянная интенсивность света. Если же в реакторе нет пластинки, регистрируется практически нулевая интенсивность, поскольку коэффициент отражения от шероховатой поверхности электрода (на который кладут пластинку) очень мал. Постороннее излучение может изменить только постоянную составляющую, но не форму сигнала. [c.18] Однозначная идентифицируемость сигнала имеется также в термометрии комбинационного рассеяния света сдвиг Аг/ линии нерезонансного комбинационного рассеяния кристаллами относительно возбуждающей линии определяется свойствами материала и является его стабильной характеристикой (Аг/ 532 см для монокристалла кремния, Аг/ 1332 см для алмаза и т.д.), зависящей от температуры. [c.18] Термопара не обладает свойством идентифицируемости сигнала, поскольку термо-ЭДС регистрируется независимо от того, прикреплен ли спай к поверхности объекта, или крепление уже разрушилось, и термопара находится на расстоянии от исследуемой поверхности, а ее температура существенно отличается от температуры объекта. Иногда идентифицируемость сигнала представляется настолько важной для достижения высокой надежности результатов, что исследователи выбирают более сложную схему измерения, в которой, за счет этого усложнения, сигнал имеет однозначно различимую форму. Это позволяет проводить распознавание сигнала как визуально, так и с помощью формализованных компьютерных алгоритмов. [c.18] Создание универсального метода, объединяющего все перечисленные свойства, является трудной и, вероятно, неосуществимой задачей. Однако группа специализированных методов лазерной термометрии твердого тела представляет собой в целом хорошее приближение к решению задачи, что и делает эти методы наиболее перспективными именно для применения в плазменных и плазмохимических исследованиях, а также для контроля в реальном времени в процессах микротехнологии. [c.18] Вернуться к основной статье