Лазерная термометрия поверхности

Глава 4 ЛАЗЕРНАЯ ТЕРМОМЕТРИЯ ПОВЕРХНОСТИ 4.1. Введение [c.93]

Лазерная термометрия поверхности [Гл. 4 [c.94]

Лазерная термометрия поверхности [c.96]

В книге обсуждаются физические принципы, измерительные характеристики, особенности и ограничения различных методов активной термометрии твердого тела. Термочувствительным элементом в активной термометрии является сам исследуемый объект, а считывание информации о температуре объекта проводится с помощью зондирующего светового пучка (обычно лазерного). Появление новых методов бесконтактной термометрии существенно расширило возможности для исследований в области новых технологий (в частности, процессов при взаимодействии газоразрядной плазмы и пучков заряженных частиц с поверхностью). Исследовательские группы, в которых были разработаны новые методы, быстро получили информационные преимущества при изучении процессов на границе раздела плазма-поверхность, ранее недоступных для диагностики. Лазерная термометрия впервые сделала практически осуществимыми температурный мониторинг и контроль в вакуумных процессах микротехнологии (осаждение тонких пленок, травление микроструктур, ионная имплантация полупроводников и т. д.). К настоящему времени предложены и развиваются более десяти методов лазерной термометрии (ЛТ), хотя в исследованиях и технологическом контроле активно применяется пова лишь 4-5 методов. [c.5]

Подобные эффекты, состоящие в изменении оптических свойств нагретой поверхности при протекании химических реакций, давно изучаются в лазерной термохимии [4.26]. Химические превращения на поверхности существенно затрудняют проведение лазерной термометрии. В частности, при образовании прозрачной пленки на непрозрачной подложке измерение температуры возможно лишь тогда, когда толщина пленки удовлетворяет неравенству h Л/4п. В противном случае коэффициент отражения металла изменяется за счет интерференции в пленке существенно сильнее, чем за счет изменения температуры. Если условие h /Ап не выполняется, возможен переход к более длинноволновому зондированию. [c.101]

При исследованиях тепловых процессов малой длительности на поверхности твердого тела (например, при наносекундном лазерном отжиге полупроводниковых кристаллов после легирования примесями) для термометрии также сразу стали разрабатываться активные методы, основанные на отражении или рассеянии лазерного [c.10]

Метод термометрии по коэффициенту отражения от полированной поверхности может применяться для случаев, когда изменение R обусловлено только изменением температуры, а характер взаимодействия света с поверхностью качественно не меняется. Если R изменяется во времени по причинам, не связанным с температурой (например, из-за развития шероховатости или образования пленки на поверхности), точность определения температуры падает и метод становится ненадежным, так как в течение эксперимента меняются не только параметры модели, описывающей взаимодействие света с поверхностью, но и сама модель. Например, при плазменном распылении монокристалла кремния уменьшение температуры, измеряемой по отражению лазерного пучка (Л = 633 нм) [4.17] может быть фиктивным если при ионной бомбардировке развивается шероховатость поверхности и уменьшается коэффициент отражения света, это уменьшение можно ошибочно принять за понижение температуры кристалла. [c.101]

В данной главе описан самый чувствительный метод измерения температуры прозрачных плоскопараллельных пластин. В настоящее время метод лазерной интерференционной термометрии (ЛИТ) применяется наиболее часто (по сравнению с любыми другими методами) для изучения процессов при взаимодействии плазмы с поверхностью, а также для контроля температуры полупроводниковых и диэлектрических подложек в микротехнологии. Метод ЛИТ объединяет качества, на первый взгляд кажущиеся взаимно исключающими очень высокую температурную чувствительность и широкий диапазон измеряемых температур. [c.131]

Распространенность методов Л Т. Количество статей, посвященных разработке и применению методов ЛТ, достигло в начале 2001 г. приблизительно двухсот. Десятки лабораторий, связанных с микротехнологией, разработали или освоили по крайней мере по одному методу ЛТ. Благодаря ЛТ в 90-е годы впервые за время существования микротехнологии (й 30 лет) появилась реальная возможность проводить систематическое изучение температурных режимов поверхности при плазмохимическом нанесении и травлении тонких пленок, их эпитаксиальном наращивании, быстром термическом окислении кремния, лазерном отжиге легированных монокристаллов и ряде других операций. Исследовательские группы, первыми применившие методы ЛТ, получили существенное информационное преимущество, поскольку традиционные методы термометрии практически не позволяли достигать надежных результатов в области микротехнологии. [c.196]

Относительная температурная чувствительность регистрируемого сигнала заключена в диапазоне 3 0,014-100% (для платинового термометра сопротивления 3 0,4% при Т = 300 К). Существуют методы с высокой чувствительностью и узким диапазоном измеряемых температур, методы с низкой чувствительностью и широким диапазоном температур. Выбор условий зондирования объекта и считывания сигнала позволяет изменять чувствительность на несколько порядков. К таким условиям относятся длина волны, поляризация и угол падения света на поверхность изучаемого объекта. Лазерная интерференционная термометрия полупроводников и диэлектриков сочетает очень высокую чувствительность с широким интервалом измеряемых температур (чувствительность увеличивается с толщиной образца, и для кремния толщиной 1 мм в среднем по периоду интерференции 3 160% К , температурный диапазон О Т 1000 К максимальная чувствительность составляет 600% на участке интерферограммы, где достигается максимальный наклон К/ в). [c.200]

Методы лазерной термометрии поверхности можно применять в широком диапазоне температур, практически совпадаюш,ем с диапазоном суш,ествования твердой фазы. Методы, основанные на отражении света, активно используются для термометрии поверхности металлов и полупроводников. По отражению света проводится микротермография элементов интегральных схем (транзисторов, металлических соединений) с пространственным разрешением порядка длины волны зондируюш,его света и временным разрешением порядка наносекунды. Метод отражательной термометрии ближнего поля позволяет улучшить пространственное разрешение примерно на порядок. Для получения надежных результатов необходимо перед проведением измерений температуры выполнить дополнительные исследования по построению калибровочных кривых, т. е. температурных зависимостей регистрируемого сигнала. [c.108]

Основная проблема, возникаюш,ая при лазерной термометрии поверхности, связана с изменением во времени оптических свойств поверхности под действием нетемпературных факторов. Коэффициент отражения, эллипсометрические параметры, интенсивность второй гармоники изменяются не только из-за нагревания поверхности, но и из-за изменения микрорельефа поверхности при травлении или распылении поверхности, рекристаллизации пленки и т. д. Учет этих изменений требует дополнительной диагностики, что усложняет решение задачи термометрии. [c.108]

Лазерная термометрия основана на дистанционном измерении темпера-турно-зависимых параметров твердых тел с помощью зондирующего светового пучка и определении искомой температуры по известной температурной зависимости измеренного параметра. Рассматриваются принципы, особенности и ограничения ряда новых методов бесконтактного измерения температуры твердых тел. Проведено сравнение различных лазерных методов по ряду критериев, важных при практическом применении чувствительности, инерционности, помехозащищенности, производительности измерений, сложности оптической схемы. Лазерная термометрия применяется в условиях, где традиционные методы оказались неэффективными при взаимодействии газоразрядной плазмы, ионных или лазерных пучков с поверхностью, при нанесении тонких пленок и травлении микроструктур интегральных схем. [c.1]

Книга адресуется специалистам в области термометрии, теплофизики, физики плазмы и газового разряда, плазмохимии, гетерогенного катализа, а также физикам и инженерам, работающим в области микро-и нанотехнологии, плазменных и пучковых технологий, связанных с различными воздействиями на поверхность твердых тел. Основная цель автора — пор<азать, на какой теоретической и экспериментальной основе развиваются новые методы, каковы предельные возможности, перспективы применения активной термометрии, а также нерешенные проблемы, препятствующие широкому применению ЛТ Овладение методами лазерной термометрии необходимо тем, кто создает и исследует новые материалы и технологические процессы, и при этом испытывает [c.5]

Никакие дополнительные операции по созданию микрорельефа поверхности не требуются, для термометрии используется естественная шероховатость, свойственная любой, даже полированной, поверхности. Метод лазерной экстенсометрии можно применять для термометрии любых поверхностей в температурном диапазоне до 1500-ь2000 °С. Погрешность измерения температуры оценивается величиной 0,5 К. [c.95]

В первых работах по термометрии методом КР изучали нагревание поверхности кремния импульсным лазером [7.4, 7.5]. Показано, что при возбуждении КР светом с энергией кванта Ну > необходимо учитывать разный объем рассеяния для стоксовой и антистоксовой компонент, поскольку глубина, с которой выходят эти компоненты, может существенно различаться. Кроме того, различны сечения рассеяния со сдвигом в стоксову и антистоксову области (для кремния при возбуждении на длине волны Л = 405 нм получено соотношение сечений сгд/сгай 0,7). Основной результат состоит в том, что увеличение температуры кристаллической решетки при лазерном отжиге может быть сравнительно невелико (Ав 300 °С), и при этом плавления поверхности не происходит. [c.182]

Ограничения методов ЛТ. Степень универсальности метода определяется количеством разнородных объектов, для которых возможна регистрация температурно-зависимого параметра и термометрия. Методы ЛТ являются узкоспециализированными, в отличие от универсального метода термометрии по тепловому излучению. Узрсая специализация методов ЛТ означает, что любой из них позволяет проводить измерения лишь для ограниченного набора материалов, а в некоторых случаях имеются еще дополнительные требования к геометрической форме образца и свойствам поверхности. Например, для применения метода лазерной интерференционной термометрии полупроводников и диэлектриков необходимо, чтобы образец имел форму плоскопараллельной пластины, которая прозрачна для зондирующего излучения и имеет достаточно гладкие поверхности (тогда пластина может выполнять роль интерферометра Фабри-Перо). Компенсировать узкую специализацию рсаждого из методов ЛТ удается их многочисленностью и разнообразием. [c.201]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...