白色光干渉法による表面改質のキャラクタリゼーション：イオンスパッタリング、レーザーアブレーション法、およびトライボロジー実験における応用

Summary

白色光干渉顕微鏡は、表面のトポグラフィーを測定するための光学、非接触で迅速な方法です。材料科学にイオンビームスパッタ法やレーザーアブレーション量や深さを決定するために、それはメソッドが着用トライボロジー試験試料に傷が分析され、機械的な摩耗の解析に向けてどのように適用できるかを示しています。

Abstract

材料科学と工学では、マイクロメートル横分解能表面形状の定量的な測定値を得ることがしばしば必要となります。測定された表面から、3Dの地形図は、その後、必要な情報を抽出するためのソフトウェアパッケージのさまざまな方法を使って分析することができます。

この記事では、我々はどのように白色光干渉法、および一般的な表面解析ソフトウェアと組み合わせて、一般的に光学形状測定（OP）を、説明し、材料科学と工学のタスクに使用できます。この記事では、質量分析における表面修飾の調査のための白色光干渉法のアプリケーションの数、およびトライボロジーと潤滑で摩耗現象が実証されています。我々は、高エネルギーイオン（スパッタ）、レーザー照射（アブレーション）、ならびにトライボロジー試験片の摩耗の域外測定と半導体と金属との相互作用の製品を特徴づける。 具体的には説明します：

1. 例えば、スパッタリングレート/ SiとCuの利回り測定とその後のタイム·ツー·深度変換など、従来のイオンスパッタリングベースの質量分析の諸相。
2. 半導体表面にフェムト秒レーザー照射の相互作用の定量的特性評価の結果。これらの結果は、蒸発した材料の量はパルスあたりのパルス持続時間とエネルギーを介して勉強し、制御することができアブレーション質量分析などのアプリケーションのために重要である。このように、クレーター形状を決定することによって、1に実験条件に対する深さと横方向の解像度を定義することができます。
3. 表面粗さの2次元でのパラメータ、および摩擦摩耗試験の結果として発生する表面の摩耗量を測定した測定。

白色光のいくつかの固有の欠点、可能な成果物、および不確実性の評価干渉のアプローチを議論し、説明する。

Introduction

電子的、構造的、化学：固体材料の表面は大部分のこれらの材料のために関心のあるプロパティに決定します。研究の多くの分野、物質の添加（例えば、パルスレーザー/マグネトロンスパッタ蒸着による薄膜蒸着、物理/化学蒸着）、材料の除去（反応性イオンエッチング、イオンスパッタリング、レーザーアブレーション法など）では、またはいくつかの他のプロセスは、特徴づけする必要があります。また、エネルギッシュな光パルスまたは荷電粒子との相互作用を介して表面改質は、多数のアプリケーションを持っており、基本的な関心事である。トライボロジー、摩擦や摩耗の研究は、関心のある別の領域です。ベンチスケールでは、トライボロジー試験の幾何学的形状の多数が存在する。非共接触ジオメトリを使用してもよいし、ボールやシリンダーがスライドや時間の長さのために、平らな面に、別のボール、またはシリンダに対して回転し、除去される材料の量が私にあることができるasured。摩耗痕は本質的に3次元かつ不規則であるため、光学的形状測定は、正確な摩耗量の測定値を得るのに適した唯一の手法かもしれません。それらのすべてはシンプルな2Dおよび3Dの地形の可視化に加えて得ることができ、一般的な分析作業は、表面粗さパラメータ、ステップの高さ、材料体積の損失、トレンチの深さなども含まれる。

光学的形状測定は、表面のプロファイルを再構築するために使用されている任意の光学的手法を指します。 Profilometric方法は、白色光干渉計、レーザー、または共....

Protocol

1。一般WLIスキャンのためのハードウェア·アライメント

WLIを通じて定量的な情報を取得するには、次の手順は、ガイドラインとして機能することができる。これは、オペレータが干渉計の動作の基本的な知識を持っていると仮定します。ガイドラインは関係なく、特定の楽器の一般的です。いくつかの調査のため、標本は平らになります。他人のために、試料は湾曲していてもよい。

1. 機能（イオンスパッタクレーター、イオンビーム/アブレーションされたスポット、または傷を着用）がまっすぐ上を向いて一緒にステージにサンプルを置きます。低倍率の対物レンズを使用し、その上に測定器を当てる。最高の解像度の関心の対象は、主に画面を埋めた画像を得るために、ボールの例については、 図2を参照してください。
2. 干渉縞が興味のある機能の近くに表示されるように、試料の垂直位置を調整します。平らな表面のためには、試料は飛行機がperpendiculあるように傾いていることが望ましい光軸にarは、干渉縞の間隔が大きくなり、すなわち 。曲面（ 例えばボール）は、標本は、その縞が一元的に、 図3に示すように、機能の周りに配置されている指向であるべきである。
3. 計器の指示に従ってスキャンを入手してください。それは最高の地形図を得るためには、照明やス....

Results

図1は、本研究で使用したシンプルなプロフィルの写真：多目的タレットが写っています。二つの目標が（10xと50xの）標準で、残りの2つはミロー目標（10倍と50倍）です。この顕微鏡は、0.62、1.00、1.25、または2.00の段階的拡大乗数を選択することを可能にする中間倍率機能を備えています。 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください 。

Discussion

例1

WLIは広くトライボロジー仕事の表面の特性評価に使用されますが、それは実際には多くのコンタクトジオメトリの摩耗量を定量的に測定するための強力な方法ですされていません。 WLIでは、いくつかの可視化ソフトウェア·パッケージのいずれかを用いて分析することができる表面の完全な3D表現を生成します。これらのパッケージは、実行する測定の様々なタイプを有効にしてください。大きな横方向の解像度の場合、画像はμm分解能を備えた広域情報（数mm）、生成するために一緒に "ステッチング"することができます。

非トライボロジー仕事のために、WLIは、AFMなどの連絡手段を用いて測定することが困難な表面の特徴を測定するために使用することができます。 Fu らは Si表面の微細加工にGaイオンビームパラメータの効果を検討した。 AFMは表面形状を測定するために使用されましたが、結果はAFMカンチレバー先端の制限された垂直範囲のために制限され、によって引き起こされる被害大型ピット深さのためのヒント。その代わりに、労働者はWLIは機能を.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
単結晶Siの基板は、GaAsとCu			スパッタリングおよびアブレーション
純粋な金属合金			トライボロジー例について