Charakterystyka modyfikacji powierzchni za pomocą interferometrii światła białego: zastosowania w rozpylaniu jonowym, ablacji laserowej i eksperymentach tribologicznych

Podsumowanie

Interferometria pod mikroskopem światła białego to optyczna, bezkontaktowa i szybka metoda pomiaru topografii powierzchni. Pokazano, w jaki sposób metoda może być zastosowana do analizy zużycia mechanicznego, w której analizowane są blizny po zużyciu w próbkach badań tribologicznych; oraz w materiałoznawstwie w celu określenia objętości i głębokości rozpylania wiązką jonów lub ablacji laserowej.

Streszczenie

W materiałoznawstwie i inżynierii często konieczne jest uzyskanie ilościowych pomiarów topografii powierzchni z mikrometrową rozdzielczością poprzeczną. Na podstawie zmierzonej powierzchni można następnie analizować mapy topograficzne 3D za pomocą różnych pakietów oprogramowania w celu wyodrębnienia potrzebnych informacji.

W tym artykule opisujemy, jak interferometria światła białego i ogólnie profilometria optyczna (OP), w połączeniu z ogólnym oprogramowaniem do analizy powierzchni, mogą być wykorzystane do zadań związanych z materiałoznawstwem i inżynierią. W artykule przedstawiono szereg zastosowań interferometrii światła białego do badania modyfikacji powierzchni w spektrometrii mas oraz zjawisk zużycia w tribologii i smarowaniu. Charakteryzujemy produkty oddziaływania półprzewodników i metali z jonami energetycznymi (rozpylanie) oraz naświetlanie laserowe (ablacja), a także pomiary ex situ zużycia tribologicznych próbek do badań.

Konkretnie, omówimy:

1. Aspekty tradycyjnej spektrometrii mas opartej na rozpylaniu jonowym, takie jak pomiary szybkości/wydajności rozpylania na Si i Cu, a następnie konwersja czasu na głębokość.
2. Wyniki ilościowej charakterystyki oddziaływania promieniowania laserem femtosekundowym z powierzchnią półprzewodnikową. Wyniki te są ważne dla zastosowań takich jak ablacyjna spektrometria mas, w której ilość odparowanego materiału może być badana i kontrolowana za pomocą czasu trwania impulsu i energii na impuls. W ten sposób, określając geometrię krateru, można określić głębokość i rozdzielczość poprzeczną w porównaniu z eksperymentalnymi warunkami konfiguracji.
3. Pomiary parametrów chropowatości powierzchni w dwóch wymiarach oraz ilościowe pomiary zużycia powierzchni zachodzącego w wyniku badań tarcia i zużycia.

Niektóre nieodłączne wady, możliwe artefakty i oceny niepewności podejścia interferometrycznego światła białego zostaną omówione i wyjaśnione.

Wprowadzenie

Powierzchnia materiałów stałych określa w dużym stopniu interesujące właściwości tych materiałów: elektronicznie, strukturalnie i chemicznie. W wielu dziedzinach badań należy scharakteryzować dodawanie materiału (na przykład osadzanie cienkich warstw za pomocą napylania laserowego impulsowego/magnetronowego, fizyczne/chemiczne osadzanie z fazy gazowej), usuwanie materiału (reaktywne trawienie jonowe, rozpylanie jonowe, ablacja laserowa itp.) lub niektóre inne procesy. Dodatkowo, modyfikacja powierzchni poprzez interakcję z energetycznymi impulsami świetlnymi lub naładowanymi cząstkami ma wiele zastosowań i ma fundamentalne znaczenie. Innym obszarem zainteresowań jest ....

Protokół

1. Wyrównanie sprzętowe dla ogólnego skanowania WLI

Aby uzyskać informacje ilościowe za pośrednictwem WLI, następujące kroki mogą służyć jako wytyczna. Zakłada się, że operator posiada podstawową wiedzę z zakresu działania interferometru. Wytyczne są wspólne niezależnie od konkretnego instrumentu. W przypadku niektórych badań próbka będzie płaska. W przypadku innych próbka może być zakrzywiona.

1. Umieść próbkę na stoliku tak, aby element (krater rozpylony jonami, wiązka jonów/miejsce po ablacji lub blizna po noszeniu) był skierowany prosto do góry. Użyj obiektywu o małym powiększeniu i skup na nim instrument. Aby uzyskać najlepszą....

Wyniki

Rysunek 1. Zdjęcie prostego profilometru użytego w niniejszym badaniu: na zdjęciu widoczna jest wielopozycyjna rewolwerowa głowica z obiektywami. Dwa obiektywy są standardowe (10x i 50x), a dwa to obiektywy Mirau (10x i 50x). Mikrosko.......

Dyskusja

Przykład 1

WLI nie jest powszechnie stosowana do charakterystyki powierzchni w badaniach trybologicznych, lecz w rzeczywistości stanowi potężną metodę ilościowego pomiaru objętości zużycia dla wielu geometrii kontaktu. WLI generuje pełną reprezentację 3D powierzchni, która może być analizowana za pomocą dowolnego z kilku pakietów oprogramowania do wizualizacji. Pakiety te umożliwiają wykonywanie różnych rodzajów pomiarów. Aby uzyskać większą rozdzielczość boczną, obrazy można „zszywać”, tworząc i.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Podłoża monokrystaliczne Si, GaAs i Cu			do rozpylania i ablacji
Przykłady czystych stopów			do tribologii

metali