ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Регистрация и обработка интерферограммы из "Лазерная термометрия твердых тел " Для уменьшения постороннего оптического фона полезно применение интерференционного фильтра. При этом отношение сигнал/шум удается поднять до 1000. В случае, когда измеряется температура пластинок в газоразрядной плазме, устранение постороннего излучения с помощью интерференционного фильтра становится необходимостью. В [6.22] для выделения лазерной линии на фоне инфракрасного излучения нагревателя применена система, включающая стеклянную призму и щель. [c.134] Несмотря на очевидность этих условий, визуальная проверка их выполнения не всегда осуществима (например, в инфракрасном диапазоне). Первое условие может нарушаться из-за шероховатости поверхности, наличия на ней просветляющей пленки. Второе условие не выполняется, если имеется угол между поверхностями пластинки при этом происходит пространственное разделения пучков, отраженных от двух поверхностей. Третье условие может нарушаться, если материал пластинки вращает плоскость поляризации света. Четвертое условие нарушается особенно часто, его проверка (при выполнении первых трех) проводится только путем регистрации интерферограммы. Если при нагревании растет поглощение света пластинкой, происходит уменьшение добротности оптического резонатора при этом условия наблюдения интерферограммы ухудшаются вплоть до полной неразличимости полос (этот случай типичен для полупроводниковых кристаллов). [c.136] Определение температуры по интерферограмме. Выражения для коэффициентов пропускания и отражения света пластиной были приведены в 2.2. Температурно-зависимые параметры п в) и к в) входят в аргумент тригонометрической функции в виде фазы (разности хода) (р = 2nkh, где к = 2 к/Х — волновое число, Л — длина волны в вакууме, свет падает по нормали. [c.136] Если сдвиг фазы превышает 2тг (один период интерферограммы), можно ввести обозначение Aip = 2тг(ДЛ/ ), где AjV — число периодов (или полос интерференции). Зная зависимости п в) и h 6), легко найти явную зависимость температуры от величины AjV (которая может быть целой или дробной). Экспериментальная зависимость температуры кристаллов кремния и арсенида галлия от числа полос приведена на рис. 6.4. [c.136] Например, для плавленого кварца температурный коэффициент расширения настолько мал, что при учете только зависимости Н в) систематическая ошибка в определении разности в — вх на порядок выше найденной таким образом самой этой разности. Для многих материалов (например, полупроводников) вклад термического расширения в изменение оптической толщины составляет менее 10%. [c.137] В той же работе вычислены и приведены коэффициенты /С для трех материалов монокристалла кремния с дырочной проводимостью в диапазоне в = 2934-633 К, монокристалла 1пР с электронной проводимостью в диапазоне в = 2934-783 К и полуизолирующего арсенида галлия в диапазоне в = 2934-873 К. [c.137] Естественно, возможно численное решение уравнения (6.1) без получения выражений для температуры в в явном виде. Такой способ является наилучшим при более сложных аппроксимациях для п[в) и Н в). [c.138] На рис. 6.6 приведены зависимости в[1) для кварцевой (диаметром 43 мм) и стеклянной (размером 3x3 см) пластинок в плазме ВЧ-разряда. Пластинки имеют разную толщину (для кварца h = 1,1 мм, для стекла h — 2,54 мм), поэтому скорости их нагревания различаются. [c.138] Квазинепрерывное измерение температуры (с дискретностью 10 -ь10 отсчетов за период) не проводится для реальных (с ненулевой клиновидностью) полупроводниковых кристаллов из-за сложного характера перекрытия пучков разных порядков на фотоприемнике (по этой причине не удается построить аналитическую модель, которая правильно описывает интерферограмму). Для материалов с малым показателем преломления расчетная интерферограмма в двухлучевом приближении является хорошим приближением к экспериментальной интерферограмме, поэтому для стеклянных пластинок [п 1,5) можно провести квазинепрерывное определение температуры, что будет показано в 6.7. [c.139] Признаком, позволяющим установить, что одновременно с изменением температуры происходит изменение толщины пластинки, является неодинаковое количество интерференционных экстремумов, регистрируемых при нагревании и остывании пластинки в одном и том же эксперименте. При остывании после выключения разряда наблюдается большее число полос, чем при нагревании с одновременным травлением в разряде. [c.141] для монокристалла кремния толщиной 0,5 мм инверсия фазы происходит, если скорость нагревания уменьшается до 0,1 К/с, а скорость травления достигает 3 нм/с. [c.141] После зажигания разряда температура кристалла увеличивается во времени и стремится к установившемуся значению (примерно 70 °С), а скорость нагревания кристалла монотонно падает от начального значения дв/dt 1 К/с. Вследствие этого скорости изменения фазы из-за увеличения температуры и из-за уменьшения толщины со временем становятся равными (при i = 63 с происходит инверсия фазы интерферограммы), а затем основной вклад в изменение фазы вносит не нагревание кристалла, а уменьшение его толщины. [c.142] Аналогичная инверсия фазы ранее наблюдалась при нагревании и травлении монокристалла InP в плазме СН4 + Н2 [6.13], а также монокристалла кремния в плазме I2 [6.20] (в обоих случаях зондирование проводили на длине волны 1,15 мкм). [c.142] Вернуться к основной статье