Молекул_полосы

11. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ИЗУЧЕНИЕ ОПЕРАТИВНОГО МЕТОДА
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ
ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ»
11.1. Цель работы
Практическое изучение технических и методических основ оперативного метода
спектрофотометрического контроля процессов формирования тонкопленочных покрытий
и определения параметров однослойных покрытий (оптической и геометрической толщины, показателя преломления, координат цветности и др.). Приобретение навыков создания
рабочих эталонов, градуировки системы контроля «Спектр – 2» по кремниевой подложке
и введения системы в режим оперативного контроля.
11.2. Теоретические и технические сведения
Теоретические сведения в достаточно полной мере изложены в инструкции ранее
выполненной лабораторной работы «Изучение основ спектрофотометрического определения параметров тонких пленок», необходимые технические сведения изложены в прилагаемом руководстве по эксплуатации системы контроля (СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ОПТИКОСПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ «СПЕКТР–
2»).
Определение параметров пленок окисла и нитрида кремния на кремниевой подложке
имеет существенное отличие от тривиального случая определения параметров прозрачных
пленок на прозрачной диэлектрической подложке.
При расчете параметров пленок окисла и нитрида кремния на непрозрачной кремниевой подложке можно использовать ряд эмпирических формул, дающих достаточно хорошие с практической точки зрения результаты. Показатель преломления кремния на какой-либо длине волны можно определить из формулы
n 1 2
R(
) ,
n 1
R 1
.
1 R
Показатель преломления пленки окисла или нитрида кремния n2 при определении экстремальных (минимальных) значений коэффициента отражения RM можно рассчитать из выражения:
n
откуда
n2  n
1  RM
1  RM
.
Условие наблюдения экстремумов для соседних минимума и максимума без учета
дисперсии запишется системой уравнений
n2 h2 
k
4
k,
n2 h2 
k 1
4
k  1 ,
где k – порядковый номер минимума или максимума. Решение этой системы уравнений
позволяет в первом приближении определить толщину пленки, понятно, что рассчитанное
таким образом значение толщины пленки будет тем точнее, чем меньше дисперсия в данной области длин волн. После этого расчета легко определить порядковые номера наблюдаемых экстремумов и уточнить величину толщины пленки.
11.3. Задание по работе
1. Повторно при необходимости изучить основные вопросы спектрофотометрирования
по инструкции ранее выполненной лабораторной работы «Изучение основ спектрофотометрического определения параметров тонких пленок».
2. Изучить руководство по эксплуатации системы контроля (Система контроля оптикоспектральных характеристик тонкопленочных покрытий «Спектр–2»), пройти собеседование с преподавателем, включить систему контроля, вывести на режим контроля.
3. Определить зависимость величины шумов на регистрируемом спектре отражения в
области 600 – 650 нм и времени регистрации спектра от числа регистрируемых и
усредняемых кадров (для значений 1, 3, 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320).
4. Создать файл рабочего эталона – кремниевой полированной пластины (подложки).
5. Осуществить сравнительное спектрофотометрирование образца пленки окисла кремния на кремниевой подложке (число регистрируемых и усредняемых кадров 50) при
градуировке системы контроля по рабочему эталону оптического стекла К8 и по вновь
созданному кремниевому эталону, сохранить результаты в памяти компьютера.
6. Провести обработку данных эксперимента, определить основные параметры пленки
(оптическую и геометрическую толщину, показатель преломления, координаты цветности).
7. Дать физическую интерпретацию полученных экспериментальных данных и сделать
выводы.
11.4. Требования к оформлению протокола





Протокол должен содержать следующее:
название работы, Ф. И. О. исполнителей и их подписи;
все полученные экспериментальные данные в табличном и графическом виде;
графики зависимости величины шумов на регистрируемом спектре отражения в области 600 – 650 нм и времени регистрации спектра от числа регистрируемых и усредняемых кадров;
формулы, ход вычислений и результаты определения основных параметров (оптической и геометрической толщины, показателя преломления) контрольного образца
пленки для двух случаев регистрации спектра отражения;
физическая интерпретация полученных экспериментальных данных и выводы.
2