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Engineering

आयन Sputtering में अनुप्रयोग, लेजर पृथक, ट्राइबोलॉजी और प्रयोगों सफेद लाइट इंटरफेरोमेट्री संशोधनों सतह की विशेषता

Published: February 27, 2013 doi: 10.3791/50260
Automatic Translation
1, 2, 3, 1, 1, 1
1Materials Science Division, Argonne National Laboratory, 2Energy Systems Division, Argonne National Laboratory, 3MassThink LLC

Summary

व्हाइट प्रकाश माइक्रोस्कोप इंटरफेरोमेट्री सतहों की स्थलाकृति को मापने के लिए एक ऑप्टिकल noncontact, और त्वरित तरीका है. यह यांत्रिक पहनते विश्लेषण, जहां पहनना tribological परीक्षण के नमूने विश्लेषण कर रहे हैं पर निशान की ओर विधि को कैसे लागू किया जा सकता है, और विज्ञान के क्षेत्र में सामग्री आयन बीम sputtering या लेजर पृथक मात्रा और गहराई का निर्धारण करने के लिए दिखाया गया है.

Abstract

सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग में यह अक्सर सतह स्थलाकृति के मात्रात्मक माप सुक्ष्ममापी पार्श्व संकल्प के साथ प्राप्त करने के लिए आवश्यक है. मापा सतह से, 3 डी स्थलाकृतिक नक्शे बाद सॉफ्टवेयर संकुल की एक किस्म का उपयोग करने की जरूरत है कि जानकारी निकालने के विश्लेषण कर सकते हैं.

इस लेख में हम सफेद कैसे प्रकाश इंटरफेरोमेट्री, और सामान्य में ऑप्टिकल (ओपी) profilometry, सामान्य सतह विश्लेषण सॉफ्टवेयर के साथ संयुक्त का वर्णन है, सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग कार्यों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इस अनुच्छेद में, सफेद प्रकाश इंटरफेरोमेट्री मास स्पेक्ट्रोमेट्री में संशोधनों सतह की जांच, और ट्राइबोलॉजी और स्नेहन में घटना को पहनने के लिए आवेदन की एक संख्या में प्रदर्शन कर रहे हैं. हम अर्धचालकों और धातुओं के ऊर्जावान आयनों (sputtering), और लेजर विकिरण (पृथक), के रूप में के रूप में अच्छी तरह से पूर्व tribological परीक्षण नमूनों के पहनने के सीटू माप के साथ बातचीत के उत्पादों की विशेषताएँ. विशेष रूप से, हम चर्चा करेंगे:

  1. पारंपरिक आयन sputtering आधारित sputtering दरों / सी और घन पर पैदावार मापन और बाद में समय गहराई रूपांतरण के रूप में मास स्पेक्ट्रोमेट्री के पहलुओं.
  2. एक अर्धचालक की सतह के साथ femtosecond लेजर विकिरण की बातचीत के मात्रात्मक विशेषताओं के परिणाम. ये परिणाम पृथक मास स्पेक्ट्रोमेट्री, जहां सुखाया सामग्री की मात्रा और अध्ययन किया जा सकता है नाड़ी और नाड़ी प्रति अवधि ऊर्जा के माध्यम से नियंत्रित के रूप में इस तरह के अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हैं. इस प्रकार, गड्ढा ज्यामिति का निर्धारण करके एक प्रयोगात्मक स्थापना की स्थिति की तुलना में गहराई और पार्श्व संकल्प को परिभाषित कर सकते हैं.
  3. दो आयामों, और सतह पहनने है कि घर्षण का एक परिणाम के रूप में होते हैं और पहनने के परीक्षण के माप मात्रात्मक में सतह खुरदरापन मापदंडों के माप.

कुछ निहित कमियां संभव कलाकृतियों, और सफेद प्रकाश की अनिश्चितता आकलनइंटरफेरोमेट्री दृष्टिकोण और चर्चा की जाएगी समझाया.

Introduction

इलेक्ट्रॉनिक, structurally, और रासायनिक: ठोस सामग्री की सतह उन सामग्रियों के लिए ब्याज की एक बड़ी हद गुण को निर्धारित करता है. अनुसंधान के कई क्षेत्रों में, सामग्री के अलावा (उदाहरण के लिए, स्पंदित लेजर / magnetron sputtering बयान, शारीरिक / रासायनिक वाष्प जमाव पतली फिल्म बयान), (प्रतिक्रियाशील नक़्क़ाशी आयन, आयन sputtering, लेजर पृथक, आदि) सामग्री को हटाने, या कुछ अन्य प्रक्रियाओं, लक्षण वर्णन किया जा जरूरत है. इसके अतिरिक्त, ऊर्जावान प्रकाश दालों या आरोप लगाया कणों के साथ बातचीत के माध्यम से सतह संशोधन के कई आवेदन किया है और मौलिक ब्याज की है. ट्राइबोलॉजी, घर्षण और पहनने के अध्ययन, ब्याज की एक क्षेत्र है. एक benchtop पैमाने पर, tribological परीक्षण geometries के एक भीड़ मौजूद हैं. गैर conformal संपर्क geometries, इस्तेमाल किया जा सकता है और एक गेंद या सिलेंडर या गिरावट जा सकता है समय की लंबाई के लिए एक फ्लैट सतह, एक गेंद, या सिलेंडर के खिलाफ, घुमाया, और सामग्री की राशि निकाल दिया जाता है कि मुझे हैasured. क्योंकि पहनने निशान तीन आयामी और प्रकृति में अनियमित है, ऑप्टिकल profilometry केवल सही मात्रा माप पहनने को प्राप्त करने के लिए उपयुक्त तकनीक हो सकता है. आम विश्लेषण कार्य भी शामिल सतह खुरदरापन पैरामीटर, कदम ऊंचाई, सामग्री मात्रा के नुकसान, खाई गहराई, और इतने पर है, उन सभी को सरल 2 डी और 3 डी स्थलाकृति दृश्य के लिए अतिरिक्त प्राप्त कर सकते हैं.

ऑप्टिकल profilometry कि सतहों के प्रोफ़ाइल का पुनर्निर्माण करने के लिए प्रयोग किया जाता है किसी भी ऑप्टिकल विधि को संदर्भित करता है. Profilometric तरीकों सफेद प्रकाश interferometric, लेजर, या confocal तरीके शामिल हैं. कुछ ऑप्टिकल profilometers पारंपरिक विवर्तन सीमित खुर्दबीन उद्देश्यों पर आधारित दृष्टिकोण के माध्यम से जानकारी प्राप्त करते हैं. उदाहरण के लिए, एक स्कैनिंग लेजर स्थलाकृतिक और सच सतहों के रंग की जानकारी प्राप्त करने के लिए एक खुर्दबीन के साथ एकीकृत किया जा सकता है. एक दूसरी विधि एक तकनीक है जो पारंपरिक उद्देश्यों में से ध्यान केंद्रित करने का अत्यंत छोटे गहराई कारनामे एक सेरी इकट्ठा का उपयोग करता हैतों में ध्यान केंद्रित करने के लिए एक 3 डी स्थलाकृतिक नक्शा प्राप्त करने के लिए सतह के "छवि स्लाइस 'की.

इस काम में हम बताएंगे कि कैसे एक सफेद रोशनी interferometric खुर्दबीन profilometer / यांत्रिक पहनते प्रक्रियाओं के दौरान खो सामग्री की राशि की माप के लिए सक्षम बनाता है, या सामग्री के रूप में इस तरह के आयन sputtering craters या लेजर पृथक नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान. सबसे ज्यादा ध्यान इस विधि की पद्धति के लिए भुगतान किया जाता है अपने बड़े स्थापित क्षमता है कि यह व्यापक रूप से उपलब्ध है और कई अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक बना देता है वर्णन. WLI के अधिकांश प्रकार Mirau तकनीक है, जो एक दर्पण का उपयोग करता है आंतरिक माइक्रोस्कोप उद्देश्य के लिए एक संदर्भ प्रकाश संकेत और प्रकाश नमूना की सतह से परिलक्षित होता है के बीच हस्तक्षेप के कारण रोजगार. इंटरफेरोमेट्री Mirau की पसंद साधारण सुविधा से निर्धारित होता है, है है क्योंकि पूरे interferometer Mirau माइक्रोस्कोप उद्देश्य लेंस के अंदर फिट किया जा सकता है और एक नियमित रूप से ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप (1 चित्रा) मिलकर. दो आयामी अंतर की एक श्रृंखलाferograms एक वीडियो कैमरा के साथ प्राप्त कर रहे हैं, और सॉफ्टवेयर एक 3 डी स्थलाकृतिक नक्शा assembles. सफेद प्रकाश स्रोत की आपूर्ति व्यापक स्पेक्ट्रम रोशनी जो "किनारा आदेश" एक एकरंगा स्रोत निहित अस्पष्टता को दूर करने में मदद करता है. प्रकाश की एक एकरंगा स्रोत उथले स्थलाकृतिक सुविधाओं के और अधिक सटीक माप को प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. पार्श्व संकल्प मौलिक λ / 2 (संख्यात्मक एपर्चर, = NA 1) के लिए सीमित है, लेकिन ज्यादातर मामलों में बड़ा है, उद्देश्य है, जो बारी बढ़ाई जुड़े / क्षेत्र के दृश्य आकार में है एनए द्वारा निर्धारित किया जा रहा है. रेफरी में 1 टेबल. 1 सभी का उल्लेख मापदंडों के एक प्रत्यक्ष तुलना है. गहराई संकल्प ≈ 1 एनएम तकनीक के interferometric प्रकृति के एक समारोह में किया जा रहा है, दृष्टिकोण. Mirau WLI पर अधिक जानकारी refs में पाया जा सकता है. 2, 3. सफेद प्रकाश interferometric दृष्टिकोण पर एक परिचय रेफरी में पाया जा सकता है. 4.

सतहों के विश्लेषण के लिए अन्य तरीकों परमाणु forcई माइक्रोस्कोपी (AFM), स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM), और लेखनी profilometry. WLI तकनीक इन तरीकों के लिए अनुकूल तुलना और अपने फायदे और कमियां कि विधि के ऑप्टिकल प्रकृति के कारण कर रहे हैं.

AFM 3 डी छवियों और इस प्रकार इसी पार वर्गों प्राप्त करने में सक्षम है, लेकिन AFM (<100 सुक्ष्ममापी) पार्श्व और गहराई अक्ष (<10 सुक्ष्ममापी) में एक सीमित स्कैनिंग करने की क्षमता है. उन लोगों के लिए इसके विपरीत, WLI का मुख्य लाभ लचीला (FOV) अप करने के लिए एक साथ वास्तविक 3 डी इमेजिंग क्षमता के साथ एक कुछ मिलीमीटर क्षेत्र के देखने के है. इसके अलावा, जैसा कि हम प्रदर्शन करेंगे विस्तृत ऊर्ध्वाधर स्कैनिंग रेंज क्षमता है, एक बस सतह के संशोधन की समस्याओं की एक किस्म को हल करने के लिए अनुमति देता है. शोधकर्ताओं ने AFM के साथ काम किया है एक नमूना के विमान स्थिति जब कम ऊर्ध्वाधर gradients के लंबे समय तक सुविधाओं को मापने के साथ समस्या के बारे में पता कर रहे हैं. आम तौर पर, एक WLI / ओपी के AFM के ऊपर एक "एक्सप्रेस" तकनीक के रूप में सोच सकते हैं. बेशक, वहाँ रहे हैंक्षेत्रों की एक संख्या है जिसके लिए केवल AFM उपयुक्त है: जब पार्श्व हल किया जाना सुविधाओं विशेषता WLI के पार्श्व संकल्प से छोटे आयाम, या उदाहरण हैं जहां WLI से डेटा अस्पष्ट एक तरीका है कि एक नमूना के अज्ञात या जटिल ऑप्टिकल गुणों के कारण है माप की सटीकता (बाद में चर्चा की) आदि को प्रभावित करता है,

SEM सतहों पर देखने के लिए एक शक्तिशाली तरीका है, FOV आकार, ध्यान की बड़ी गहराई के साथ किसी भी पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की पेशकश कर सकते हैं की तुलना में बड़ा के मामले में बहुत लचीला किया जा रहा है. एक ही समय में, 3 डी इमेजिंग SEM बोझिल है, खासकर के रूप में यह स्टीरियो जोड़ी छवियों कि तो anaglyphic विधि द्वारा 3 डी छवियों को परिवर्तित कर रहे हैं, या ऑप्टिकल दर्शकों के साथ देख माध्यम से, या अलग के बीच गहराई के प्रत्यक्ष गणना के लिए इस्तेमाल किया लेने की आवश्यकता है एक नमूना पर ब्याज की अंक 5 इसके विपरीत, WLI / ओपी profilometry प्रदान करता है एक साथ लचीला FOV साथ 3 डी पुनर्निर्माण करने के लिए उपयोग में आसान है. WLI पूर्ण के माध्यम से स्कैनऊंचाई सीमा विशेष नमूना के लिए (नैनोमीटर से microns के सैकड़ों के लिए) की जरूरत है. WLI नमूना सामग्री की विद्युत चालकता, जो SEM के साथ एक समस्या हो सकती है से अप्रभावित है. WLI स्पष्ट रूप से एक निर्वात आवश्यकता नहीं है. दूसरी ओर वहाँ अनुप्रयोगों के लिए SEM बेहतर जानकारी प्रदान करता है के एक नंबर रहे हैं: पार्श्व WLI के पार्श्व संकल्प नीचे विशेषता आयामों, या मामलों का हल किया जा सुविधाओं जहां एक नमूना के विभिन्न भागों topographically प्रतिष्ठित किया जा सकता है केवल जब माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन coefficients भिन्न होते हैं.

सतह के निरीक्षण के लिए एक तकनीक है, जो व्यापक रूप से माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री 6 में और microelectromechanical सिस्टम 7 लक्षण वर्णन के क्षेत्र में प्रयोग किया जाता है लेखनी profilometry है. इस तकनीक को अपनी सादगी और मजबूती की वजह से लोकप्रिय है. यह प्रत्यक्ष नमूना की सतह पर एक स्टाइलस टिप की स्कैनिंग यांत्रिक संपर्क पर आधारित है. यह एक मोटे संपर्क उपकरणहै, जो के साथ एक समय में एक ही लाइन को स्कैन करने में सक्षम है. यह 3 डी इमेजिंग रेखापुंज स्कैन सतह बहुत समय लगता है बनाता है. लेखनी तकनीक का एक और दोष उच्च पहलू अनुपात के और इसकी विशेषता टिप (आम तौर पर कई microns के लिए submicron) आकार है कि एक टिप त्रिज्या और एक टिप सुप्रीम कोण का तात्पर्य है साथ तुलनीय आकार के सतह विशेषताओं को मापने की कठिनाई है. लेखनी profilometry का एक लाभ यह एक नमूना है, जो WLI / ओपी माप (बाद में चर्चा की) की सटीकता को प्रभावित कर सकते हैं के ऑप्टिकल गुणों बदलती असंवेदनशीलता है.

वर्तमान लेख में सतह नक्शे एक पारंपरिक Mirau प्रकार WLI (1 चित्रा) के प्रयोग से प्राप्त किया गया. Zygo, KLA-Tencor, nanoscience, Zemetrics, Nanovea, FRT, Keyence, Bruker और टेलर Hobson के रूप में कई कंपनियों के वाणिज्यिक टेबल टॉप ओपी उपकरणों का उत्पादन. हासिल कर ली नक्शे और खंगाला गया कि सामान्यतः WLI, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन, ओ के लिए प्रयोग किया जाता है प्रकार की वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर का उपयोग संसाधितr जांच माइक्रोस्कोपी. सॉफ्टवेयर सतह के गणितीय जोड़तोड़ प्रदर्शन, अनुभाग प्रोफाइल विश्लेषण शून्य और सामग्री की मात्रा की गणना, और विमान सुधार के पार करने की क्षमता है. अन्य सॉफ्टवेयर संकुल इन सुविधाओं में से कुछ को स्वचालित कर सकते हैं.

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Protocol

1. जनरल WLI स्कैन के लिए हार्डवेयर संरेखण

WLI के माध्यम से मात्रात्मक जानकारी प्राप्त करने के लिए, निम्न चरणों का एक दिशानिर्देश के रूप में काम कर सकते हैं. यह माना जाता है कि ऑपरेटर interferometer आपरेशन के बुनियादी ज्ञान है. दिशा निर्देशों आम विशिष्ट साधन की परवाह कर रहे हैं. कुछ जांच के लिए नमूना फ्लैट हो जाएगा. दूसरों के लिए, नमूना घुमावदार जा सकता है.

  1. (आयन गड्ढा, आयन बीम / ablated हाजिर sputtered या पहनने के निशान) सुविधा सीधे ऊपर का सामना करना पड़ के साथ मंच पर नमूना रखें. एक कम बढ़ाई उद्देश्य का उपयोग करें और उस पर ध्यान केंद्रित साधन. के लिए सबसे अच्छा समाधान एक छवि है जिसमें ब्याज की वस्तु काफी हद तक स्क्रीन भरता प्राप्त करने के लिए, एक गेंद के एक उदाहरण के लिए 2 चित्र देखें.
  2. नमूना की ऊर्ध्वाधर स्थिति समायोजित करें ताकि हस्तक्षेप fringes ब्याज की सुविधा के निकट दिखाई देते हैं. एक फ्लैट सतह के लिए यह वांछनीय है कि नमूना ऐसे कि विमान perpendicul है झुका हुआ हैऑप्टिकल अक्ष गिरफ्तारी यानी, हाशिये पर रिक्ति बड़ा हो जाएगा. एक घुमावदार सतह (जैसे एक गेंद) के लिए, नमूना उन्मुख हो सकता है कि इस तरह के किनारे केन्द्र सुविधा के आसपास स्थित हैं चित्रा 3 में इस तरह के रूप में करना चाहिए.
  3. साधन के निर्देशों के अनुसार एक स्कैन प्राप्त. यह रोशनी या स्कैन की ऊंचाई को समायोजित करने के क्रम में सबसे अच्छा स्थलाकृतिक नक्शा प्राप्त करने के लिए आवश्यक हो सकता है. किसी भी बुरा या गुम बैठाना समारोह का उपयोग कर डेटा में भरें, और तब स्थलाकृतिक नक्शा बचाने.

2. वॉल्यूम सामान्य सॉफ्टवेयर का उपयोग करते हुए विश्लेषण

ट्राइबोलॉजी में परीक्षण मशीन अक्सर एक गेंद या एक सिलेंडर कि गिरावट या एक फ्लैट या किसी अन्य सिलेंडर के खिलाफ घुमाया जैसे गैर conformal संपर्क परीक्षण geometries रोजगार. आमतौर पर, सामग्री से संपर्क फिसलने की बिंदु पर खो दिया है, हालांकि कभी कभी सामग्री एक सतह से दूसरे को हस्तांतरण कर सकते हैं, और इस "स्थानांतरण परत" पर सामग्री की एक अधिशेष के रूप में मापा जाएगानमूनों से संपर्क करने की ई. क्योंकि पहनने निशान तीन आयामी और प्रकृति में अनियमित है, ऑप्टिकल profilometry केवल सही मात्रा माप पहनने को प्राप्त करने के लिए उपयुक्त तकनीक हो सकता है - approximations मान्य नहीं हैं. लक्ष्य के लिए सामग्री की बहुत छोटी मात्रा जो क्षेत्र से संपर्क करने में कर सकते हैं (या प्राप्त) एक परीक्षण के पूरा होने पर खो उपाय है.

माप के बुनियादी सिद्धांत undisturbed सतह के स्तर पर एक गणितीय विमान को परिभाषित है: सतह विश्लेषण सॉफ्टवेयर मानता है कि वहाँ एक "ठोस सतह" (शून्य स्तर), इस स्तर से ऊपर जो कुछ भी है "खाली." विश्लेषण समारोह में कहा कि "ठोस सतह के विमान से नीचे एकीकृत हटा दिया मात्रा के उपाय के रूप में करने के लिए भेजा जाएगा" शून्य मात्रा. " समारोह में कहा कि "ठोस सतह" (उदाहरण के लिए मलबे के एक संग्रह) के ऊपर विमान एकीकृत मात्रा उपाय "सामग्री मात्रा." बुलाया जाएगा

रियल undisturbed गिरफ्तारी सतहोंई शायद ही कभी पूरी तरह से चिकनी और सपाट है. छोटी सुविधाओं को मापने में सबसे बड़ी सटीकता के लिए यह (AOI) ब्याज की एक क्षेत्र को परिभाषित करने के लिए अच्छा अभ्यास है, जिसमें से बाहर के क्षेत्र के विश्लेषण से बाहर रखा है. AOI क्योंकि सतह में अनियमितताओं गणना कि वास्तव में अशांत क्षेत्र से नहीं है के लिए अतिरिक्त मात्रा योगदान माप क्षेत्र को सीमित करने के लिए प्रयोग किया जाता है.

3. सपाट सतह - मैकेनिकल पहनें विश्लेषण

  1. खंड एक खाई निशान या अवसाद के साथ एक फ्लैट सतह के विश्लेषण में, चाहे यांत्रिक पहनते हैं, आयन बीम, sputtering, या लेजर पृथक द्वारा उत्पन्न करने के लिए प्रदर्शन करने के लिए आसान है. चित्रा 4 बाईं के रूप में एक छवि है जो एक पॉलिश इस्पात की सतह पर एक यांत्रिक निशान से पता चलता है प्राप्त करते हैं. एक AOI कि अवसाद शामिल नहीं चुनें और फिर उपयोग करें जो झुकाव और या वक्रता हटाने समारोह / अधिकतम उदासी को undisturbed सतह के स्तर के लिए उपलब्ध है. तो सॉफ्टवेयर का उपयोग करने के लिए जेड = औसत सतह ऊंचाई सेट0 चित्रा 4 इन चरणों के बाद एक सपाट सतह पर एक निशान के एक pseudocolor दृश्य सही है. इस दृश्य में बहिष्कृत "शून्य मात्रा" लाल रंगा हुआ है. इस रंग योजना, गहरे भूरे कम क्षेत्रों अर्थ है, जबकि नारंगी उच्च क्षेत्रों अर्थ.
  2. AOI हटाएँ. यदि सॉफ्टवेयर एक स्वचालित समारोह को मापने की मात्रा है, निशान पर माप का एक क्षेत्र पर जगह है. इस सॉफ्टवेयर में, मापने समारोह मिलान "शून्य और सामग्री की मात्रा" चित्रा 5 में नीले रंग के साथ दिखाया जाएगा. कुल पहनने से subtracted विमान से ऊपर "सामग्री मात्रा" "शून्य मात्रा." यह परेशान सतह की मात्रा में परिवर्तन है. (सॉफ्टवेयर है कि इस समारोह में नहीं है, लेकिन एक हिस्टोग्राम, या करने के लिए स्पष्ट रूप से कल्पना क्षेत्रों में जो सतह से ऊपर उठाया जाता है या सतह के नीचे के लिए छोड़ कदम, 3.2 और 3.3 कदम जाना.)

निम्नलिखित तीन चरणों पहनने मात्रा को मापने का एक वैकल्पिक विधि का वर्णन करता है.

  1. AOI उलटेंनिशान क्षेत्र 3.1 कदम से विश्लेषण किया जा (निशान अब भी शामिल है) को सक्षम करने के लिए.
  2. डेटा के एक हिस्टोग्राम उत्पन्न करता है. हिस्टोग्राम भुजांक बनाम तालमेल पर घटना की आवृत्ति पर खड़ी ऊंचाई के एक ग्राफ है. जगह Z = 0 (चित्रा 6 बाएं) की स्थिति में एक कर्सर. इस हिस्टोग्राम के चरम पर नहीं हो सकता. इस आंकड़े में cursors स्थापित किया गया है करने के लिए चुनिंदा केवल विमान नीचे लापता सामग्री का विश्लेषण करने के लिए. सॉफ्टवेयर दो संकेतक के बीच कुल मात्रा को एकीकृत. लाल रंगा हुआ क्षेत्र से पता चलता है क्या छोड़ दिया जाता है. चित्रा 6 में नारंगी untinted क्षेत्रों सही सतह के नीचे हैं. हिस्टोग्राम समारोह तैनात रूप में सतह से खो सामग्री को मापने दिखाया कर्सर के साथ एक "शून्य मात्रा" संख्या उत्पन्न करना चाहिए.
  3. प्रयोग एक ही हिस्टोग्राम, अन्य कर्सर Z = 0 ऊंचाई (7 चित्रा बाएं) की स्थिति में इस समय जगह है, और विपरीत छोर पर अन्य. नारंगी untinted क्षेत्रों में यानी फालतू सामग्री फ्लैट सतह से ऊपर उठाया. कुल पहनने "सामग्री मात्रा से subtracted" शून्य मात्रा, "3.2 चरण में के रूप में एक ही है. हिस्टोग्राम विधि 3.2 चरण में के रूप में एक ही पहनने मात्रा देने चाहिए, लेकिन यह उठाया और उतारा सामग्री के वितरण के बारे में अतिरिक्त जानकारी प्रदान करता है, और इस क्षेत्र के वितरण का एक नक्शा से पता चलता है.

ऊपर के उदाहरण में कोई शुद्ध सामग्री पहनने निशान से खो है, बजाय वहाँ सामग्री हासिल है. यह असामान्य है, लेकिन कभी कभी होता है जब सामग्री एक परीक्षण counterface से दूसरे तक स्थानांतरित कर देती है.

"एक ही फ्लैट सतह लक्षण वर्णन" दृष्टिकोण आयन sputtering और लेजर पृथक, उदाहरण है कि का पालन में विचार के साथ प्रयोग में हटा दिया संस्करणों को प्राप्त करने के लिए फायदेमंद होते हैं.

4. सपाट सतह craters और आयन बीम Proफ़ाइलों माप Sputtering उपज का अनुमान लगाने के लिए और समय से गहराई अंशांकन प्रदर्शन

Sputtering पैदावार का आकलन जन घटाने विधि का उपयोग कर के लिए जाना जाता है और व्यापक रूप से कार्यरत विधि, वजन प्रत्यक्ष या क्वार्ट्ज microcrystal संतुलन, 8, 9 हम पाते हैं कि WLI विधि के प्रत्यक्ष दृश्य के लिए उपयोगी है पर आधारित है के लिए एक विकल्प के रूप में आयन बीम स्पॉट / sputtered स्थिर sputtering / रेखापुंज एक आयन बीम 8 चित्रा की स्कैनिंग करके प्राप्त craters उनके craters के खिलाफ एक घटना आम तौर पर स्थिर 5 कीव और 150 eV Ar + आयन बीम (हरी ठोस और नीले बिंदीदार लाइनों) की एक जगह के अनुदैर्ध्य पार वर्गों की तुलना (जैतून का खुला हलकों और सियान खुला हीरे) 100 × 100 पिक्सल एक घन की सतह (110) एकल क्रिस्टल पर ही आयन बीम की डिजिटल रेखापुंज स्कैनिंग द्वारा प्राप्त की. स्थिर बीम overlaps इसी वक्र गड्ढा की एक किनारे करने के लिए प्रदर्शन कैसे रेखापुंज स्कैन आयन बीम के दौरान गड्ढा उत्पन्न घ धूमप्रोफाइलिंग epth.

5. Ultrafast लेजर पृथक की विशेषता - सपाट सतह

Ultrafast लेजर पृथक एक ठोस से सामग्री को हटाने जबकि गर्मी प्रभावित क्षेत्र को कम करने के लिए एक विधि के रूप में मान्यता प्राप्त है 10 उच्च पहलू अनुपात और शेष सामग्री को न्यूनतम क्षति (खुर ऑक्सीकरण,) के साथ इस प्रक्रिया उच्च दर micromachining के लिए सक्षम बनाता है, और संभावना को खोलता है पारदर्शी सामग्री के कुशल पृथक 11. अधिक हाल ही में, ब्याज एक विश्लेषणात्मक उपकरण के रूप में ultrafast पृथक का उपयोग करने में विकसित किया गया है 12-15 पृथक प्रक्रिया की उच्च nonlinearity भी विकिरणित स्थान आकार काफी नीचे ablated स्थान आकार को कम करने का एक साधन प्रदान करता है. ( के रूप में आमतौर पर 1/2 ई) द्वारा निर्धारित सीमा विवर्तन भी नीचे, के रूप में प्रदर्शन किया गया है 16 गहराई संकल्प, सबसे अच्छा आयन बीम के तरीकों के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं है, जबकि, <20 एनएम हो सकता है. हटाने की दर आसानी से बढ़ाया जा सकता हैnonlinearly लेजर प्रभाव को बढ़ाने के द्वारा, इतना है कि सामग्री के microns के माध्यम से बहुत तेजी से की रूपरेखा संभव है. आदर्श रूप में, ultrafast पृथक द्वारा सामग्री को हटाने निस्र्पक एक तकनीक है कि तेजी से और मात्रात्मक और अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड है, सभी WLI द्वारा पूरी की विशेषताओं की आवश्यकता है.

9 चित्रा दो पड़ोसी ultrafast (60 एफएस, 800 एनएम) ≈ 8 सुक्ष्ममापी और 0.4 और 1.0 जम्मू / 2 सेमी इसी fluences होने के एक स्थान आकार के लिए ध्यान केंद्रित लेजर बीम के साथ GaAs के दोहराव पृथक द्वारा गठित craters के pseudocolor छवियों से पता चलता है

6. घुमावदार सतहों यांत्रिक पहनें विश्लेषण -

एक घुमावदार नियमित सतह (गेंद या सिलेंडर) की मात्रा विश्लेषण कि एक फ्लैट के लिए इसी तरह की है, लेकिन वक्रता हटाने की आवश्यकता है. निम्नलिखित प्रोटोकॉल एक स्टील की गेंद पर एक परिपत्र पहनने के निशान के एक विश्लेषण से पता चलता है. एक गेंद से खो मात्रा जानने के लिए यह जरूरी है कि गणितीय प्रसंस्करण करने के लिए एक के साथ एक गेंद को बदलनेएक खरोज के साथ एक फ्लैट विमान में फ्लैट क्षेत्र, तो खरोज की मात्रा को मापने के रूप में धारा 3 में फ्लैट सतहों पर किया गया था. एक गेंद पर पहनने के निशान, मापा जाएगा 1 सरल स्वचालित तकनीक का उपयोग, हिस्टोग्राम तकनीक के साथ तो.

  1. चित्रा 10 बाईं एक गेंद पर एक पहनने के निशान के एक isometric दृश्य दिखाता है. एक AOI चयन करें है कि पहनने निशान शामिल नहीं है, और सॉफ्टवेयर वक्र ढाले उपकरण है कि सतह बिजली की ताक़त को परिणत करना इतना है कि यह एक undisturbed फ्लैट क्षेत्र के बीच में एक पहना अवसाद है का चयन करें. क्योंकि वक्रता हटाने हो सकता है एक पुनरावृत्त तकनीक के लिए फिट कई बार तो यह है कि undisturbed क्षेत्र स्तर सटीकता एनएम फ्लैट है चलाने के लिए आवश्यक हो सकता है. एकरूपता गैर पहनने के निशान के किसी भी दृश्य में बाहर एक समस्या को इंगित करता है और गणना सही नहीं होगा. निशान बाहर औसत ऊंचाई सेट Z = 0 चित्रा 10 सही वक्रता हटाने और स्थापना के बाद निशान के pseudocolor दृश्य दिखाता है Z = एक AOI साथ ठीक 0पहना क्षेत्र मास्किंग.
  2. मापने के उपकरण का उपयोग करें, यदि उपलब्ध है, पहनते हैं, के रूप में 11 चित्र में दिखाया गया विश्लेषण. कुल पहनने मात्रा से subtracted "सामग्री मात्रा" "शून्य मात्रा."

निम्नलिखित कदम पहनने मात्रा को मापने का एक वैकल्पिक विधि का वर्णन करता है.

  1. AOI पलटना, 3.3 कदम के रूप में एक ही तरीके में इतना है कि पहनने के निशान भी शामिल है. डेटा के एक हिस्टोग्राम उत्पन्न करता है. जगह Z = 0 स्थिति में एक कर्सर (चित्रा 12 बाएं). 12 चित्रा में नारंगी untinted क्षेत्रों सही सतह के नीचे हैं. हिस्टोग्राम समारोह में एक "शून्य मात्रा" संख्या उत्पन्न करना चाहिए.
  2. प्रयोग एक ही हिस्टोग्राम, अन्य कर्सर Z = 0 ऊंचाई (13 चित्रा बाएं) की स्थिति में इस समय जगह है, और विपरीत छोर पर अन्य. 13 चित्रा में नारंगी untinted क्षेत्रों सही सतह से ऊपर हैं. हिस्टोग्राम समारोह में एक "सामग्री मात्रा" संख्या उत्पन्न करना चाहिए. संपूर्णपहनने के मात्रा "" शून्य मात्रा, "3.2 चरण में के रूप में एक ही से subtracted विमान से ऊपर सामग्री मात्रा" है. हिस्टोग्राम विधि 6.2 चरण में के रूप में एक ही पहनने की मात्रा की गणना करना चाहिए, लेकिन यह उठाया और उतारा सामग्री के वितरण के बारे में अतिरिक्त जानकारी प्रदान करता है, और इस क्षेत्र के वितरण का एक नक्शा से पता चलता है.

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Representative Results

चित्रा 1
चित्रा 1 एक साधारण वर्तमान अध्ययन में इस्तेमाल profilometer की तस्वीर: एक बहु उद्देश्य बुर्ज तस्वीर में देखा जाता है. दो उद्देश्यों को मानक (10x और 50x), और दो Mirau उद्देश्यों (10x और 50x) हैं. इस खुर्दबीन एक मध्यवर्ती बढ़ाई विशेषता यह है कि कदम के लिहाज से 0.62 बढ़ाई मल्टीप्लायरों, 1.00, 1.25, या 2.00 के लिए चयनित होने के लिए सक्षम बनाता है. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 2
चित्रा 2 स्टील की गेंद पर पहनने के निशान के सामान्य उपस्थिति. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

को jove_content "के लिए: रखने together.within पृष्ठ ="> हमेशा " चित्रा 3
चित्रा 3. हस्तक्षेप केन्द्र पहनने के निशान के आसपास स्थित किनारे बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 4
चित्रा 4 वाम: एक सपाट सतह पर एक निशान के Pseudocolor दृश्य अधिकार: AOI लाल रंग में leveling निरूपित किया जाता है, के बाद बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 5
चित्रा 5. ट्रोंग> छवि उपकरण को मापने का मिलान क्षेत्र दिखा. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 6
चित्रा 6 वाम: राइट को मापने के लिए समायोजित कर्सर के साथ पहनने के निशान के हिस्टोग्राम "शून्य मात्रा.": Pseudocolor छवि. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

7 चित्रा
सही को मापने के लिए समायोजित कर्सर के साथ पहनने के निशान के हिस्टोग्राम: 7 चित्रा छोड़ दिया है. "सामग्री मात्रा.": Pseudocolor छवि. > "_blank" बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 8
चित्रा 8 (क) और (ख) Pseudocolor 2 डी के शीर्ष दृश्य गड्ढा और मौके क्रमशः sputtered. काले लाइनों दिशाओं जो साथ पार वर्गों (ग) में मापा गया साजिश रची हैं, क्षैतिज रेखा एक्स प्रोफाइल, ऊर्ध्वाधर वाई प्रोफाइल, (ग) बीम हाजिर और गड्ढा पार वर्गों आरोपित है. माप घन पर किए गए थे (110) आम तौर पर घटना Ar + आयन बीम 5 कीव (जैतून खुले हलकों और हरी ठोस लाइन) और 150 eV ऊर्जा (सियान खुले हीरे और नीले बिंदीदार रेखा) के साथ. Sputtered बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

को jove_content "के लिए: रखने together.within पृष्ठ ="> हमेशा " 9 चित्रा
9 चित्रा (क) कम (ऊपर) fluence और उच्च (नीचे) fluence ≈ 1 kHz पुनरावृत्ति दर और 60 FSEC के एक पल्स चौड़ाई में 100 शॉट्स लिए GaAs के 800 एनएम विकिरण के साथ उत्पादित craters के Pseudocolor 2D शीर्ष देखा गया. पैमाने सलाखों छेद diameters, विवर्तन अंगूठी के बाहरी छोर पर मापा संकेत मिलता है. फोकल स्थिति और स्थान आकार वही कर रहे हैं, यह दर्शाता है कि ablated गड्ढा आकार और गहराई fluence पर दृढ़ता से निर्भर करता है. आंकड़ा नीचे में प्लॉट एक छेद के पार ओवरलैप समायोजित centroids साथ, अनुभाग से पता चलता है, (ख) बड़ा गड्ढा के 60 डिग्री नमूना झुकाव पर कब्जा करने के लिए पता चलता है अगर बाहरी रिंग (WLI तस्वीर में पीले) peaking SEM छवि असली है.बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

10 चित्रा
10 चित्रा वाम: हस्तांतरण फिल्म के साथ पहनने के निशान के Isometric दृश्य अधिकार: वक्रता हटाने और Z = 0 के बाद पहनने निशान छोड़कर उचित गेंद पर AOI.

11 चित्रा
11 चित्रा मापने के उपकरण के साथ पहनने के निशान के Pseudocolor दृश्य. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

12 चित्रा
चित्रा 12 वाम: को मापने के लिए समायोजित कर्सर के साथ पहनने के निशान के हिस्टोग्राम आर 'शून्य मात्रा. " ight: Pseudocolor छवि. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

13 चित्रा
सही को मापने के लिए समायोजित कर्सर के साथ पहनने के निशान के हिस्टोग्राम: 13 चित्रा छोड़ दिया है. "सामग्री मात्रा.": Pseudocolor छवि.

14 चित्रा
14 चित्रा एक एक प्राचीन गेंद नमूना पर प्रदर्शन माप में अनिश्चितता का अनुमान विश्लेषण का एक उदाहरण है. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

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15 चित्रा. ठोस लाइन सी में एक बहुत तेज रेखापुंज को छान डाला कसकर केंद्रित ≈ 30 सुक्ष्ममापी व्यास में 5 कीव आयन बीम द्वारा उत्पादित किनारों के साथ एक गड्ढा के पार धारा (100) है, जबकि बिंदीदार एक गड्ढा में एक ही प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त की है ≈ 60 सुक्ष्ममापी व्यास में कम केंद्रित बीम. Batwings के नीचे दिखाने के क्षेत्रों में लाल हलकों. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

16 चित्रा
16 सी (100) में आंकड़ा एक ही आयन प्रत्यक्ष तुलना गड्ढा sputtered. WLI और लेखनी profilers द्वारा जांच के क्रम में स्वतंत्र रूप से WLI का एक सही गहराई अंशांकन साबित.बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहाँ क्लिक करें .

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Discussion

उदाहरण 1

WLI tribological काम में सतह लक्षण वर्णन के लिए व्यापक रूप से नहीं प्रयोग किया जाता है, लेकिन यह वास्तव में कई संपर्क geometries के लिए पहनने संस्करणों के मात्रात्मक माप के लिए एक शक्तिशाली तरीका है. WLI सतह कि कई दृश्य सॉफ्टवेयर संकुल के किसी भी उपयोग कर विश्लेषण किया जा सकता है की एक पूर्ण 3 डी प्रतिनिधित्व पैदा करता है. इन संकुल को मापन की विभिन्न प्रकार के प्रदर्शन करने के लिए सक्षम है. ग्रेटर पार्श्व संकल्प के लिए, चित्र जा सकता है एक साथ "सिले" सुक्ष्ममापी संकल्प के साथ चौड़े क्षेत्र जानकारी (कई मिमी), उत्पादन.

गैर tribological काम के लिए, WLI सतह विशेषताओं जो AFM या अन्य संपर्क का मतलब का उपयोग को मापने के लिए मुश्किल हैं मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. फू एट अल. सी सतहों की micromachining पर गा आयन बीम मापदंडों के प्रभाव का अध्ययन किया. AFM सतह प्रोफ़ाइल को मापने के लिए इस्तेमाल किया गया था, लेकिन परिणाम AFM ब्रैकट टिप के प्रतिबंधित खड़ी रेंज के कारण सीमित थे, और की वजह से नुकसानबड़े गड्ढे गहराई के लिए टिप. इसके बजाय, कार्यकर्ताओं WLI बड़ी गहराई को मापने के लिए और अधिक उपयोगी हो पाया, जबकि सुविधाओं के संरक्षण और आसानी से खड़ी sidewalls को मापने के लिए सक्षम किया जा रहा है 17.

ट्राइबोलॉजी, विश्लेषण सॉफ्टवेयर पहना सतहों, जो सतह स्थलाकृति tribological प्रक्रियाओं, जैसे मशीनिंग द्वारा उत्पन्न की विश्लेषणात्मक मॉडल के साथ तुलना की जा सकती है के सांख्यिकीय सतह खुरदरापन पैरामीटर निकाल सकते हैं. जियांग एट अल इस क्षमता का इस्तेमाल किया मिलिंग मापदंडों के एक समारोह के रूप में सतह खुरदरापन अध्ययन और विश्लेषणात्मक मॉडल के साथ तुलना करें 18.

WLI की एक बहुत ही सरल उपयोग एक फ्लैट डिस्क पर एक पिन के यूनिडायरेक्शनल फिसलने के दौरान पहनने के निशान से सामग्री नुकसान को मापने के लिए है. Reiter एट अल WLI इस्तेमाल पहनने पटरियों स्कैन और पहनने के संस्करणों की गणना करने के लिए और इसलिए गेंद की एक श्रृंखला के लिए डिस्क परीक्षण पर दरों पहनने. क्योंकि 2 डी सतह खंगाला है, यह एक साधारण गहराई तय बात हैऔर एक पहनने के निशान की चौड़ाई, और इस तरह पहनने की मात्रा की गणना. इस अर्थ में, WLI कुछ भी नहीं एक बढ़ाया लेखनी profilometer से अधिक के रूप में कार्य करता है 19.

अधिक शक्तिशाली, WLI एक स्लाइडिंग संपर्क द्वारा खो अगर मूल सतह के प्रोफाइल में जाना जाता है पहनने की मात्रा को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. सरल उदाहरण में, एक नाली या गड्ढा एक सपाट सतह में पहना जाता है. पहनने मात्रा केवल सामग्री की मात्रा है कि सपाट सतह से निकाल दिया जाता है. सतह विश्लेषण कार्यक्रम एक सपाट सतह से बड़ा विचलन को सक्षम करने के लिए, खो मात्रा यानी, को मापा जा. इन मापों आसान कर रहे हैं जब मूल counterface एक सममित सतह है: फ्लैट, गोलाकार या बेलनाकार. Devillez एक विधि है जिसके द्वारा WLI एक काटने के उपकरण की सतह से खो मात्रा को मापने के लिए इस्तेमाल किया गया था बाहर एट अल नमूने. पार्श्व के स्थानीय क्षेत्र शुरू फ्लैट था, और यह मूल और सतह के बीच अंतर की गणना करने के लिए अपेक्षाकृत आसान थानाली कि सतह पर उत्पादित किया गया था 20. पहनने जब ​​सतह फ्लैट नहीं है, तो इस प्रक्रिया में एक अतिरिक्त कदम आवश्यक है क्रम में पहनने की मात्रा को मापने. यदि मूल सतह ज्यामितीय नियमित रूप से होता है, तो यह संभव है गणितीय सतह की वक्रता को दूर इतना है कि एक फ्लैट विमान का उत्पादन किया है, जबकि एक साथ एक ही तरीके से पहनने के निशान deforming. विमान से विचलन आसानी से गणना की जा सकती है.

बायोमेडिकल ट्राइबोलॉजी, WLI में, कभी कभी चिकित्सा साहित्य में खड़ी स्कैनिंग इंटरफेरोमेट्री कहा जाता है, के लिए देशी और पहना जोड़ कार्टिलेज की सतहों को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. स्थलाकृतिक जानकारी, प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन तकनीक तथ्य यह है कि जी उपास्थि की सतह गतिशील है और कदम के रूप में पानी खो दिया है या अवशोषित द्वारा रुकावट है 21.

हम इस उदाहरण के साथ दिखाने के लिए कैसे WLI ट्राइबोलॉजी में नियमित विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है की कोशिश की, अतिरिक्त पृष्ठभूमि पाया जा सकता हैrefs. 22, 23, और कुछ संदर्भ उसमें.

उदाहरण 2

कई प्रयोगों में विभिन्न सामग्रियों के sputtering (SY) विशिष्ट आयन बमबारी की शर्तों के तहत पैदावार निर्धारित डिजाइन, आयन बीम मानकों में अनिश्चितताओं प्रचार और अनिश्चित sputtering उपज मूल्यों में परिणाम कर सकते हैं. 24 उदाहरण के लिए, यह चुनौतीपूर्ण हो आयन बीम प्रोफाइल के आकार का निर्धारण कर सकते हैं और इसी परिचालन वर्तमान घनत्व, खासकर जब प्रक्षेप्य ऊर्जा नीचे चला जाता है 1 कीव और फिर आगे sputtering सीमा दृष्टिकोण. इसके अलावा, इस तरह की स्थितियों के तहत, प्रश्न में आयन बीम का ध्यान केंद्रित है, और रिश्तेदार प्रसार / प्रारंभिक 25 आयनों की गतिज ऊर्जा वितरण में Δε ε प्रयोगात्मक परिणामों पर मजबूत प्रभाव हो सकता है 9, 26.

कुल आयन वर्तमान का सटीक मापन के साथ एक फैराडे कप (एफसी), एसवाई और WLI दृश्य संयोजनवर्तमान घनत्व संचालन एक साथ प्राप्त किया जा सकता है. इसके अलावा, इस दृष्टिकोण आयन बीम प्रोफाइल के अवांछनीय "पंख" की हद तक का आकलन करने के लिए आयन बीम स्रोतों aligning में मदद करने में बहुत उपयोगी प्रतीत होता है. sputtering उपज वाई तो निम्नलिखित अभिव्यक्ति का अनुमान है

1 समीकरण
जहाँ मैं एक आयन बीम का प्रत्यक्ष वर्तमान, τ, sputtering के समय, एम परमाणु, ग्राम में एक मैट्रिक्स परमाणु के द्रव्यमान; ρ, घनत्व, ई, प्राथमिक प्रभारी. वी हटा दिया नमूना WLI माप के माध्यम से प्राप्त सामग्री की मात्रा है. वॉल्यूम गणना दोनों सतहों फ्लैट के लिए प्रोटोकॉल में वर्णित पोस्ट प्रसंस्करण उपलब्ध सॉफ्टवेयर के प्रकार पर निर्भर करता है, दृष्टिकोण का उपयोग करके भी प्रदर्शन कर सकते हैं, या दो orthogonal केंद्रित दिशाओं में तीन आयामी पार वर्गों पर आधारित एकीकरणघिस सतह क्षेत्र (चित्रा 8a और 8b में काली लाइनें) पर बस

2 समीकरण
घटना में एक है कि कोई विकल्प विस्तृत पोस्ट प्रसंस्करण प्रदर्शन के रूप में प्रोटोकॉल में वर्णित है. | मैक्स मिन 2 गुणक अवधि | में Yprofile पैरामीटर खाते में गड्ढा गहराई नहीं ले दो अलग अलग समय, जब वी. की गणना करने के लिए प्रयोग किया जाता है

आयन बीम धाराओं में सीटू एक कस्टम ग्रेफाइट एक आंतरिक पिन (250 सुक्ष्ममापी व्यास के इनलेट छेद) और बाहरी सतह से मिलकर एफसी से मापा जाता है. इस डिजाइन "आंतरिक" और "बाहरी" (ज्यादातर "पंख" के लिए जिम्मेदार ठहराया) वितरित वर्तमान के घटकों को मापने के द्वारा ध्यान केंद्रित शर्तों आयन बीम पर मोटे नियंत्रण प्रदान करता है. एफसी की स्थिति पूरी तरह से एक नमूना सतह पदों simulatesहमारे मास स्पेक्ट्रोमीटर के आयन प्रकाशिकी ध्यान केंद्रित है और निर्देशन करने के लिए सम्मान के साथ ning 27 ऊर्जा का माप कम ऊर्जा प्रणाली 27 एक ही एफसी का उपयोग कर पूरा किया जा सकता है की Δε फैल गया. इस मामले में, एफसी बाह्य एक वोल्टेज 0 से 5 केवी द्वारा पक्षपाती किया जा सकता है, और दमन वोल्टेज के एक समारोह के रूप में कुल मौजूदा मापा जाता है. एक ऐसे तरीके से, निहित Δε 23 eV होने का अनुमान था.

सममित प्रोफ़ाइल कि चित्रा 8 में देखा जाता है पता चलता है कि वहाँ आयन बीम स्तंभ के संरेखण, और 2 μA के एक कुल वर्तमान में 120 सुक्ष्ममापी की FWHM है. WLI दृष्टिकोण एक समान सामान्य रूप से घटना आयन बीम लक्ष्य क्षमता से 150 eV गिरावट के साथ sputtering आयन को अनुमति देता है. इस मामले में, स्थिर बीम जगह एक नीले बिंदीदार रेखा के पार अनुभाग द्वारा दिखाया गया है, और गड्ढा पार अनुभाग सियान खुला हीरे के द्वारा दिखाया गया है. एक ही 2 की μA आयन कॉलम सक्षम वितरणAr + लक्ष्य पर वर्तमान नाममात्र 5 कीव ऊर्जा से 150 eV बीम की वजह से मंदी लक्ष्य के तत्काल आसपास के क्षेत्र में हुई है, और इस तरह है कि अपने इष्टतम ध्यान केंद्रित एक electrostatic लेंस (150 की FWHM द्वारा बनाए रखा गया था चित्रा 8c में सुक्ष्ममापी उसका सबूत है) 27. sputtered गड्ढा इस मामले में एक बड़ा पार्श्व आकार की है क्योंकि octupole रेखापुंज पैदा करने के विक्षेपन voltages दो प्राथमिक आयन प्रभाव ऊर्जा के लिए अपरिवर्तित रखा गया था, अतिरिक्त बीम में उत्पन्न होने के कारण झूल लक्ष्य संभावित है.

WLI डेटा के आधार पर, घन 5 कीव और 150 eV आयन प्रभाव ऊर्जा sputtering पैदावार (110) निर्धारित किया गया है. प्राप्त 1.8 पूर्व मामले के लिए / आयन एसवाई मूल्य साहित्य डेटा के साथ अच्छे समझौते के बाद एक था 28, sputtering उपज / आयन (दुर्लभ या साहित्य में कमी) पर 0.2 थी.

एसवाई अनुमानों के लिए, हमारे परिणाम दिखाना हैएक वैकल्पिक प्रयोगात्मक दृष्टिकोण, जो भी प्रयोगात्मक डेटा को सत्यापित करने के लिए और भविष्य कहनेवाला मॉडल 29, 30 31 SRIM और TRIDYN, 32 के रूप में के रूप में अच्छी तरह से करने के लिए कई तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए संदर्भ डेटा उत्पन्न के रूप में इस तरह के और गणना कोड के समायोज्य पैरामीटर "tweak" करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. 6, 9, 33-36, इसके अलावा, इस दृष्टिकोण कार्बनिक पदार्थों और बमबारी के अधीन प्राथमिक प्रजातियों, refs में के रूप में आमतौर पर परमाणु आयनों और अपेक्षाकृत नए आणविक और क्लस्टर आयनों का इस्तेमाल किया है, की एक किस्म के साथ ठोस के लिए सही बढ़ाता sputtering दरों के लिए सक्षम है. 37, 38. इस प्रकार यह sputtering दर कहा जाता है एक औसत पैरामीटर का उपयोग करके गहराई रूपरेखा प्रयोगों में गहराई रूपांतरण के लिए समय (या प्राथमिक आयन fluence) के एक समस्या को हल करने में मदद करता है 3 समीकरण जहां एक कुल WLI और τ, के रूप में उल्लेख किया है ऊपर, sputtering के कुल समय मापा गहराई है.

आयन बीम sputtering साथ मामले में के रूप में, पृथक उपज विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है. पृथक के लिए, इस मूल्य आमतौर पर शॉट प्रति दर को हटाने, या वैकल्पिक रूप से समय की प्रति इकाई एक दिया लेजर पुनरावृत्ति दर के साथ दर को हटाने के संदर्भ में व्यक्त की है. क्योंकि वहाँ सामग्री की न्यूनतम थर्मल लोड हो रहा है, पुनरावृत्ति दर बहुत (मेगाहर्ट्ज) उच्च और है अक्सर दर जिस पर बीम सामग्री पर ले जाया जा सकता है सीमित हो सकता है. इसके अतिरिक्त, वहाँ कई सामग्री पृथक थ्रेसहोल्ड, अलग मौलिक पृथक तंत्र के लिए इसी 39 प्रमुख विश्लेषणात्मक उपकरणों का उपयोग ultrafast लेजर पृथक उच्च (> 5 जम्मू / 2 सेमी) fluences और तदनुसार उच्च हटाने की दर की आवश्यकता होती है और विश्लेषण के लिए नमूने के अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा का उपभोग 40 41,

सिद्धांत रूप में पृथक प्रक्रिया के दौरान गठित आयनों सीधे विश्लेषण किया जा सकता है, या ablatedneutrals एक दूसरे लेजर के साथ ionized हो सकता है, एक और अधिक संवेदनशील और उच्च स्थानिक संकल्प तकनीक के लिए अग्रणी कर सकते हैं. जैसा कि चित्र में देखा जाता है 9a, दो समान शर्तों के तहत fluence के अपवाद के साथ, ablated craters, नाटकीय रूप से अलग अलग आकार होगा. इन craters craters के एक बड़ा सेट एक पॉलिश एकल क्रिस्टल GaAs नमूना पर गठित की प्रतिनिधि हैं. बस 1 से प्रभाव को कम करके जम्मू / 2 सेमी करने के लिए 0.4 जम्मू / 2 सेमी (बाद के मूल्य के बारे में दो बार GaAs के लिए पृथक सीमा जा रहा है), 42 गड्ढा व्यास लगभग आधे से कम हो जाता है, और औसत दर को हटाने के केंद्र में गड्ढा लगभग 10 एनएम से कम है / 5 एनएम / शॉट को गोली मार दी. जन दर को हटाने के जाहिरा तौर पर छह साल की एक कारक के द्वारा कम है, इसी विश्लेषणात्मक मात्रा संकल्प में सुधार.

यह नोट करना महत्वपूर्ण है कि स्पष्ट अंगूठी संरचना प्रत्येक छेद (9a चित्रा) के आसपास मनाया देखभाल, सी के साथ व्याख्या की जानी चाहिएnce यह interferometer से प्रकाश के बिखरने की वजह से हो सकता है. हालांकि यह अंगूठी के आकार का गड्ढा सामग्री उत्सर्ग करने के लिए संभव है, वे आम तौर पर ही कर रहे हैं और बहुत लंबे समय तक स्पंदित लेसरों के साथ देखा 27 इस ऑप्टिकल artifact अगर गड्ढा किनारे की त्रिज्या के पास, या औसत तरंग दैर्ध्य के लिए विवर्तन सीमा से नीचे है उम्मीद की जा सकती माइक्रोस्कोप (मोटे तौर पर इस मामले में 1 सुक्ष्ममापी) के दूर के क्षेत्र की स्थिति में. ऐसी स्थितियों में, यदि गड्ढा दीवार त्रिज्या की माप महत्वपूर्ण है ऊपर वर्णित उन के रूप में एक मानार्थ तकनीक कार्यरत किया जाना चाहिए और कलाकृतियों WLI की सीमाओं पर निम्न अनुभाग देखें. हालांकि, अगर मुख्य लक्ष्य के लिए एक माध्यमिक लक्ष्य के साथ करने के लिए सुनिश्चित करें कि विवर्तन सीमा के निकट एक सीमा त्रिज्या पार नहीं है गड्ढा गहराई को मापने के लिए है, तो WLI अच्छी तरह से जल्दी craters के बड़ी संख्या को मापने के लिए अनुकूल है.

कुछ विशिष्ट कलाकृतियों / त्रुटियों WLI और सीमाएं

1. त्रुटि आकलनऔर अनिश्चितता मूल्यांकन

सभी वास्तविक सतहों में किसी न किसी तरह कर रहे हैं और कुछ हद तक अनियमित है, और कोई माप तकनीक एकदम सही है. इन खामियों सामग्री नुकसान की माप में अनिश्चितताओं को लागू करेगा. त्रुटि के तीन स्रोत हैं. सबसे पहले, वहाँ माप त्रुटि और profilometer में निहित शोर है. दूसरा, त्रुटियों अपूर्ण वक्रता हटाने के लिए कारण उत्पन्न हो सकता है अगर इस कदम का प्रदर्शन किया है. तीसरा, मूल undamaged सतह किसी न किसी और अनियमित हो सकता है, है जो घटाव त्रुटियों के नेतृत्व क्योंकि मूल सतह पूर्ण शुद्धता के लिए नहीं जाना जाता है हो सकता है हो सकता है. कुल त्रुटि के परिमाण के एक अनुमान बस प्राचीन नमूना समान संसाधन का उपयोग / तकनीक leveling के रूप में एक संशोधित नमूना सतह पर किया सतहों पर कई माप प्रदर्शन के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है 14 चित्रा एक पांच प्राचीन गेंद सतहों के किए गए माप का पता चलता है. परिणामस्वरूप औसत मात्रा 92 सुक्ष्ममापी एक मानक विचलन के साथ 3184 शून्य की उम्मीद मूल्य के बजाय 3 सुक्ष्ममापी, के. यह इंगित करता है कि इन नमूनों और विशिष्ट प्रसंस्करण तकनीक का इस्तेमाल किया, वहाँ 184 3 सुक्ष्ममापी की सांख्यिकीय परिवर्तन और 92 3 सुक्ष्ममापी की एक व्यवस्थित त्रुटि है.

इसके अलावा, हम संक्षेप में ठेठ कलाकृतियों और सीमाओं एक मिलता है जब WLI दृष्टिकोण का उपयोग का वर्णन है. इन कलाकृतियों अतिरिक्त अनिश्चितताओं जो अंतिम परिणाम की शुद्धता को प्रभावित योगदान करते हैं. प्रत्येक विशिष्ट WLI आवेदन उदाहरण के लिए, वे अलग से संबोधित किया जाना चाहिए.

2. एक एकल या multilayer ऑप्टिकल गुण है कि एक आधार / सब्सट्रेट के उन लोगों से अलग घटक फिल्म. एक चिंतनशील आधार पर पारदर्शी फिल्म / अर्द्धपारदर्शी

WLI का सरलतम प्रकार एक सतह से ऑप्टिकल specular प्रतिबिंब की आवश्यकता है. यदि पूरी सतह परिलक्षित लहर के चरण को बदलने के मामले में एक ही प्रतिबिंब है, तो एक एनएम के लिए सही माप प्राप्त किया जाएगा. Inhomogenous नमूने के लिए (उदाहरण के लिए, एकीकृत परिपथ पैटर्न के लिए), एक सुधार के लिए विशेष सामग्री की प्रकृति के आधार पर लागू किया जाना चाहिए. एक समाचार पत्र में इस आशय Harasaki एट अल द्वारा संबोधित 36 एनएम के रूप में बड़े रूप में 43 ऑफसेट एजी / Au जोड़े के लिए हो सकता है. ऐसे मामलों में, WLI का पता लगाने का हिस्सा आसानी से विभिन्न ऑप्टिकल प्रतिक्रियाओं द्वारा "उलझन" एक तरीका है कि पूरी गहराई के गलत आकलन देता में चरण बदलाव के मामले में हो सकता है. यह भी आम है, अगर एक देखता है कि एक कटोरा एक कुरसी है कि एक प्राचीन सतह के शून्य के स्तर से ऊपर चिपक जाती है में उलटा है, ऊंचाई के रूप में अच्छी तरह से विषम है. यह अच्छी तरह से असर रेफरी में 13 चित्रा में प्रदर्शन किया है. 7. इस तरह की समस्याओं से बचने के लिए एक सरल तरीका करने के लिए समान रूप से कुछ ज्ञात चिंतनशील सामग्री के साथ पूरी सतह को कवर तो यह एक ही WLI डिटेक्टर ऑप्टिकल प्रतिक्रिया होगी है. तो इस माप समस्या गायब हो जाता है. रेफरी में. 7, इस समस्या का एक स्तरित प्रणाली, SiO के कवर के माध्यम से हल किया गया था

3. Batwings

के रूप में क्या चित्रा 9 कदम और गड्ढा किनारों के रूप में ऊपर, तेज सुविधाओं में दिखाया गया है करने के लिए सम्मान के साथ उल्लेख किया interferometer से प्रकाश के विवर्तन के कारण, विषम सामान्य में के रूप में "Batwings." 46 में जाना संकेतों के लिए अग्रणी हो सकता है, यह तब होता पार्श्व जब ऐसी सुविधाओं का आयाम विवर्तन सीमा के पास हैं और कदम ऊंचाई नीचे प्रकाश की लंबाई जुटना है. प्रायोगिक एपीproaches ऐसी कलाकृतियों को कम से कम करने के लिए (उदाहरण के रेफरी को देखने के लिए 47.) विकसित किया गया 15 चित्रा आयन sputtering प्रयोगों के मामले में इस प्रभाव को दर्शाता है. हरी ठोस लाइन द्वारा उत्पादित गड्ढा है ए.आर. ≈ 30 सुक्ष्ममापी व्यास + आयन बीम "तेजी से ध्यान केंद्रित किया. कि और खड़ी दीवारों के साथ गड्ढा निचली सतह के बीच ऊंचाई में अचानक परिवर्तन दिया. एक तरफ, यह एक बहुत अच्छा आयन बीम संरेखण से पता चलता है, लेकिन एक ही समय में उन कलाकृतियों बुलाया "Batwings" WLI द्वारा अंतिम प्रोफाइल पुनर्निर्माण में पेश कर रहे हैं, और इतनी मात्रा हटा गणना से बाहर रखा जाना चाहिए. वहाँ एक ही साजिश है, जो ठीक है लेकिन ≈ 60 सुक्ष्ममापी व्यास के तहत एक ही sputtering शर्तों का प्रतिनिधित्व करता है में एक डॉटेड सियान लाइन है. बीम. जैसा कि एक स्पष्ट रूप से देख सकते हैं, पूरी तरह से "Batwings" गायब हो गया. यह संक्रमण ढाल के रूप में ध्यान केंद्रित हालत अलग है में स्पष्ट परिवर्तन के कारण है.

समापन टिप्पणी

यह जन्मदिन हैमन में रखने के लिए अगर एक अनुसंधान नमूना के एक नए प्रकार के साथ जुड़े काम WLI का उपयोग शुरू कर दिया है rtant यह हमेशा एक अच्छा विचार है स्थापित करने के लिए किया जाए या नहीं WLI उन उद्देश्यों के लिए उपयुक्त है. यदि हाँ, तो यह जांचना / एक स्वतंत्र दृष्टिकोण का उपयोग अंशांकन की जाँच करने के लिए आवश्यक है, और उसके बाद ही WLI परिणामों के थोक मात्रा में हो रही एक एक्सप्रेस तरीका बन जाता है. वहाँ के रूप में पहले ही उल्लेख किया गया था उनमें से तीन हैं: आंकड़े AFM SEM, और स्टाइलस 9b और 16 WLI परिणामों के SEM और स्टाइलस तुलना के उदाहरण हैं, क्रमशः.

चित्रा 9b जवाब एक सवाल अगर बड़ा ablated WLI तस्वीरों में देखा craters के निकली सामग्री के बाहरी रिंग spikes असली हैं. यह ठीक निर्धारण करने के लिए कठिन है, लेकिन इमेजिंग SEM प्रदर्शन का परिणाम WLI तेज अंगूठी प्रत्येक छेद के आसपास मनाया संरचना की ऊंचाई के मामले में प्रदान करता है के साथ कृपापूर्वक तुलना ≈ 400 (WLI प्रोफ़ाइल से ≈ 500 एनएम) एनएम और ≈ 12 सुक्ष्ममापी व्यास. (≈ 13 औसत व्यास. WLI प्रोफाइल से deduced).

16 चित्रा WLI प्रोफाइलिंग परिणाम को कैसे लेखनी profiler द्वारा पुष्टि की जा सकता है, अगर संशोधित क्षेत्र के आयाम को इस उद्देश्य के लिए उपयुक्त हैं का एक उदाहरण है. इस प्रयोग के पीछे विचार करने के लिए एक स्वतंत्र तकनीक के माध्यम से गहराई अंशांकन की जांच करने के लिए गया था. वस्तु एक Ar द्वारा प्राप्त गड्ढा है + सब्सट्रेट में सी 5 कीव आयनों, पार्श्व आयाम, AFM क्षमताओं से परे झूठ बोल रही है, जैसे कि लेखनी के उपयोग इष्ट है. चित्रा 16 में दो प्रोफाइल WLI और लेखनी के माध्यम से प्राप्त एक दूसरे पर आरोपित. डेटा की प्रत्यक्ष तुलना सुझाव दिया है कि गहराई के संदर्भ में WLI द्वारा प्राप्त परिणाम सही हैं. पार्श्व आयाम भी एक ही अपवाद के साथ प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य: laterally स्टाइलस द्वारा मापा गड्ढा WLI खिलाफ संकरा लग रहा है. ले रहा है कि नमूना एकल घटक है और सभी संक्रमण स्थानिक gradients छोटे हैं, यह मानना ​​उचित है कि WLI डेटा वास्तविक सी प्रतिबिंबितक्षेत्र हटा दिया, और लेखनी प्रतिनिधित्व में छोटे आकार के ज़ी विशेषता जांच कर रही टिप आकार के साथ वास्तविक गड्ढा आकार के कनवल्शनफ़िल्टर्स के कारण है. एक नियम के रूप में, हमारे WLI profilometer की गहराई अंशांकन टेड 500 एनएम ऊंचाई के पेला AFM मानक कदम की तरह के माध्यम से पूरा किया है.

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Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgments

विकिरणित GaAs नमूना शिकागो में इलिनोइस विश्वविद्यालय के यांग कुई द्वारा प्रदान की गई थी. इस अनुबंध के तहत काम समर्थित किया गया UChicago Argonne, LLC और अमेरिका के ऊर्जा विभाग और अनुदान NNH08AH761 और NNH08ZDA001N के माध्यम से नासा द्वारा, और डे - AC02 अनुबंध के तहत अमेरिका के ऊर्जा विभाग के वाहन प्रौद्योगिकी के कार्यालय के बीच डे - AC02 06CH11357 सं. 06CH11357. इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला, विज्ञान प्रयोगशाला की ऊर्जा कार्यालय के एक अमेरिकी विभाग, UChicago Argonne, LLC द्वारा अनुबंध डे AC02 - 06CH11357 के तहत संचालित अनुसंधान पर सामग्री के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी सेंटर में पूरा किया गया.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Single crystal substrates of Si, GaAs and Cu for sputtering and ablation
Pure metal alloys for tribology examples

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References

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आयन Sputtering में अनुप्रयोग, लेजर पृथक, ट्राइबोलॉजी और प्रयोगों सफेद लाइट इंटरफेरोमेट्री संशोधनों सतह की विशेषता
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Baryshev, S. V., Erck, R. A., Moore, … More

Baryshev, S. V., Erck, R. A., Moore, J. F., Zinovev, A. V., Tripa, C. E., Veryovkin, I. V. Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments. J. Vis. Exp. (72), e50260, doi:10.3791/50260 (2013).

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