Charakterisierung von Oberflächenmodifikationen mittels Weißlicht-Interferometrie: Anwendungen in der Ion Sputtern, Laserablation, und Tribologie Experimente

Summary

Weiß Lichtmikroskop Interferometrie ist eine optische, berührungslose und schnelle Methode zur Messung der Topographie von Oberflächen. Es wird gezeigt, wie das Verfahren zur mechanischen Verschleiß Analyse, wo Narben auf tribologische Proben analysiert werden tragen können angewendet werden, und in den Materialwissenschaften zur Ionenstrahlsputtern oder Laserablation Volumen und Tiefe zu bestimmen.

Abstract

In Materialwissenschaften und Ingenieurwesen ist es oft notwendig, quantitative Messungen der Oberflächentopographie mit Mikrometer laterale Auflösung zu erhalten. Aus der gemessenen Oberfläche kann 3D topographische Karten anschließend analysiert werden mit einer Vielzahl von Software-Paketen, um die Informationen, die benötigt wird, zu extrahieren.

In diesem Artikel werden wir, wie Weißlicht-Interferometrie und optische Profilometrie (OP) in der Regel mit generischen Oberfläche Analyse-Software kombiniert beschreiben, können für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik Aufgaben verwendet werden. In diesem Artikel werden eine Reihe von Anwendungen der Weißlicht-Interferometrie zur Untersuchung von Oberflächenmodifikationen in der Massenspektrometrie und Abnutzungserscheinungen in der Tribologie und Schmierung demonstriert. Wir charakterisieren die Produkte der Wechselwirkung von Halbleitern und Metallen mit energiereichen Ionen (Sputtern) und Laserbestrahlung (Ablation) sowie ex-situ Messungen der Verschleiß der tribologischen Probekörpern. Insbesondere werden wir diskutieren:

1. Aspekte der traditionellen Ionenzerstäubung basierenden Massenspektrometrie wie Sputterraten / Ausbeuten Messungen an Si und Cu und nachfolgenden Zeit-zu-Tiefe-Konvertierung.
2. Ergebnisse der quantitativen Charakterisierung der Wechselwirkung von Femtosekunden Laserbestrahlung mit einer Halbleiter-Oberfläche. Diese Ergebnisse sind für Anwendungen wie Ablation Massenspektrometrie, wobei sich die Mengen des verdampften Materials untersucht und kann über Pulsdauer und Energie pro Impuls gesteuert werden wichtig. Somit kann durch die Bestimmung der Geometrie ein Krater definieren Tiefe und seitliche Auflösung gegenüber Versuchsaufbau Bedingungen.
3. Messungen der Oberflächenrauhigkeit Parameter in zwei Dimensionen und quantitative Messungen der Oberfläche tragen, die als ein Ergebnis von Reibung und Verschleiß auftreten Tests.

Einige inhärente Nachteile, mögliche Artefakte und Unsicherheit Einschätzungen des weißen LichtsInterferometrie Ansatz wird diskutiert und erläutert werden.

Introduction

Die Oberfläche von festen Materialien bestimmt in hohem Maße interessierenden Eigenschaften für diese Materialien: elektronisch, strukturell und chemisch. In vielen Bereichen der Forschung, die Zugabe von Material (zB Dünnschicht Abscheidung durch gepulste Laser / Magnetronsputtern Abscheidung, physikalischer / chemischer Gasphasenabscheidung), Entfernen von Material (Reactive Ion Etching, Ionenzerstäubung, Laserablation, etc.), oder einige andere Verfahren müssen charakterisiert werden. Darüber hinaus hat Oberflächenmodifizierung durch Interaktion mit energetischen Lichtpulse oder geladenen Teilchen eine Vielzahl von Anwendungen und ist von fundamentalem Interesse. ....

Protocol

Ein. Hardware Alignment für General WLI Scan

Um quantitative Informationen über WLI erhalten, können die folgenden Schritte als Richtlinie dienen. Es wird angenommen, dass der Bediener Grundkenntnisse Interferometer Operation hat. Die Richtlinien sind häufig unabhängig von der jeweiligen Instrument. Bei einigen Untersuchungen wird die Probe flach sein. Für andere kann die Probe gebogen sein.

1. Legen Sie die Probe auf der Bühne mit dem Feature (Ionen gesputtert Krater, Ionenstrahl / abgetragenen Stelle, oder tragen Narbe) nach gerade nach oben. Verwenden Sie eine niedrige vergrößerndes Objektiv und fokussieren Sie das Gerät auf si....

Results

Abbildung 1 Foto von einem einfachen Profilometer in der vorliegenden Studie verwendet:. Ein Vielfaches Objektivrevolver ist im Bild zu sehen. Zwei Ziele sind Standard (10x und 50x), und zwei sind Mirau Ziele (10x und 50x). Dieses Mikroskop ist ein Zwischenprodukt Vergrößerungsfunktion, die schrittweise Vergrößerung Multiplikatoren von 0,62, 1,00, 1,25 oder 2,00 ausgewählt werden.......

Discussion

Beispiel 1

WLI ist nicht weit zur Charakterisierung von Oberflächen in tribologischen Arbeit verwendet, aber es ist in der Tat eine leistungsfähige Methode zur quantitativen Messung der Verschleiß Volumen für viele Kontakt-Geometrien. WLI produziert ein komplettes 3D-Darstellung der Oberfläche, die unter Verwendung eines von mehreren Visualisierung Software-Pakete werden können. Diese Pakete ermöglichen verschiedene Arten von Messungen durchgeführt werden. Für eine größere laterale Auflösung kö.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Einkristallsubstrate Si, GaAs und Cu			zum Sputtern und Ablation
Reine Metalllegierungen			für Tribologie Beispiele