Caractérisation des modifications de surface par interférométrie en lumière blanche: Applications de pulvérisation ionique, ablation laser, tribologie et expériences

Summary

Blanc interférométrie microscope optique est une méthode optique, sans contact et rapide de mesure de la topographie de surface. Il est montré comment la méthode peut être appliqué à l'analyse usure mécanique, où l'usure des cicatrices sur échantillons tribologiques sont analysés, et en science des matériaux pour déterminer pulvérisation par faisceau d'ions ou des volumes d'ablation laser et profondeurs.

Abstract

En science et génie des matériaux, il est souvent nécessaire d'obtenir des mesures quantitatives de la topographie de surface avec une résolution micrométrique latéral. De la surface mesurée, des cartes topographiques en 3D peuvent ensuite être analysées en utilisant une variété de logiciels pour extraire les informations dont on a besoin.

Dans cet article, nous décrivons comment l'interférométrie en lumière blanche, et la profilométrie optique (OP) en général, associée à un logiciel d'analyse de surface générique, peut être utilisée pour la science des matériaux et les tâches d'ingénierie. Dans cet article, un certain nombre d'applications de l'interférométrie en lumière blanche pour enquêter sur les modifications de surface en spectrométrie de masse et phénomènes d'usure et de la lubrification en tribologie sont démontrés. On caractérise les produits de l'interaction des semi-conducteurs et les métaux avec des ions énergétiques (pulvérisation cathodique), et l'irradiation laser (ablation), ainsi que les anciens mesures in situ de l'usure des éprouvettes tribologiques. Plus précisément, nous allons discuter:

1. Les aspects de la spectrométrie de masse traditionnelle pulvérisation ionique à base tels que les taux de pulvérisation / mesures rendements sur Si et Cu et après le temps-profondeur de conversion.
2. Résultats de caractérisation quantitative de l'interaction du rayonnement laser femtoseconde avec une surface semi-conductrice. Ces résultats sont importants pour des applications telles que la spectrométrie de masse ablation, où les quantités de matière évaporée peut être étudié et contrôlé par durée d'impulsion et de l'énergie par impulsion. Ainsi, en déterminant la géométrie du cratère, on peut définir la résolution en profondeur et latéralement par rapport aux conditions expérimentales de configuration.
3. Mesures des paramètres de rugosité de surface en deux dimensions, et des mesures quantitatives de l'usure de la surface qui se produisent à la suite de tests de frottement et d'usure.

Certains inconvénients inhérents, des artefacts possibles, et les évaluations des incertitudes de la lumière blancheapproche interférométrie seront discutés et expliqués.

Introduction

La surface des matériaux solides détermine les propriétés d'un dans une large mesure de l'intérêt pour ces matériaux: électronique, structurellement et chimiquement. Dans de nombreux domaines de la recherche, l'ajout de matière (par exemple, dépôt de couches minces par impulsions laser / pulvérisation magnétron de dépôt, physique / chimique en phase vapeur), un enlèvement de matière (gravure ionique réactive, la pulvérisation d'ions, ablation au laser, etc), ou d'autres processus, doivent être caractérisés. En outre, la modification de surface par l'interaction avec des impulsions de lumière ou de particules chargées énergétiques a de nombreus....

Protocol

1. Alignement du matériel pour General WLI balayage

Pour obtenir des informations quantitatives par le biais WLI, les étapes suivantes peuvent servir de guide. On suppose que l'opérateur possède une connaissance de base du fonctionnement de l'interféromètre. Les lignes directrices sont communes quel que soit l'instrument spécifique. Pour certaines enquêtes, l'échantillon sera plat. Pour d'autres, l'échantillon peut être courbé.

1. Placer l'échantillon sur la scène avec la fonction (ions pulvérisés cratère, un faisceau ionique / spot ablation, ou porter des cicatrices) face vers le haut. Utilisez un obje....

Results

Figure 1 Photographie d'un profilomètre simple utilisé dans la présente étude:. Une tourelle à objectifs multiples est vu dans l'image. Deux objectifs sont standard (10x et 50x), et deux sont des objectifs Mirau (10x et 50x). Ce microscope possède une fonction de grossissement intermédiaire qui permet aux multiplicateurs d'agrandissement étape-sages de 0,62, 1,00, 1,25, ou 2,00 pour.......

Discussion

Exemple 1

WLI n'est pas largement utilisée pour la caractérisation tribologique de surface dans le travail, mais il est en fait une méthode puissante pour la mesure quantitative des volumes d'usure pour de nombreuses géométries de contact. WLI produit une représentation en 3D de la surface qui peut être analysée en utilisant un des nombreux logiciels de visualisation. Ces paquets permettre différents types de mesures à effectuer. Pour une résolution latérale supérieure, les images peuvent être .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Monocristallin des substrats de Si, GaAs et Cu			pour la pulvérisation et l'ablation
Alliages de métaux purs			pour des exemples de tribologie