×
04.04.2019
219.016.fb11

Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения линейного коэффициента теплового расширения тонких прозрачных пленок. Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки, при котором производят измерения эллипсометрических параметров и при начальной и конечной температуре, с последующим определением толщины пленки при начальной и конечной температуре с учетом показателей преломления сред и расчётом коэффициента теплового расширения по известным формулам. При этом на аморфную кварцевую подложку путем вакуумного напыления наносят пленку, кроме того до нанесения пленки определяют оптические параметры и отраженного от поверхности подложки светового луча при начальной и конечной температуре, подложку с нанесенной пленкой помещают в водоохлаждаемую камеру, установленную внутри эллипсометра, конструкция которого обеспечивает определенный угол падения светового луча на поверхность системы пленка-подложка, и рассчитывают эллипсометрические параметры и , отраженного от поверхности системы пленка-подложка светового луча. Технический результат - определение линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки толщиной менее 1 мкм. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения линейного коэффициента теплового расширения тонких прозрачных пленок.

Известен способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки, в качестве которой используют один из элементов оптической схемы эллипсометра - плоскопараллельную пластину одноосного кристалла (компенсатор). Для регулирования температуры компенсатора применялась «термостатированная» ячейка, встроенная в оптическую систему. После определения оптических параметров Δ и ψ линейный коэффициент теплового расширения α пластины определяли из разницы толщин α=(d-d0)/d0ΔT , где d и d0 – толщины пластины при различных температурах, ΔT – разница температур). Толщина напрямую связана с параметрами Tc и ϭс компенсатора (параметры, характеризующие изменение световой волны при ее прохождении сквозь пластинку), и определялась из номограмм в координатах Tcс, построенных для фиксированных значений температур исследуемого диапазона (18 – 30°С). В известном способе измерения температурных зависимостей параметров пластины проводились на пропускание. Толщина пластины 470, 850, 2400 мкм. (Хасанов Т. Поляриметрия и эллипсометрия в исследовании поляризующих оптических систем: диссертация ... доктора физико-математических наук: 01.04.05 / Хасанов Тохир; [Место защиты: Ин-т автоматики и электрометрии СО РАН]. - Новосибирск, 2010. - 230 с. : ил.).

Известный способ предназначен только для пластин одноосных кристаллов, поскольку накладывает ряд ограничений на исследуемый объект. Среди этих ограничений – анизотропия пластины, необходимость отдельного ее закрепления перпендикулярно падающему лучу, а также очень точная юстировка всех элементов оптической системы. Кроме того, способ обеспечивает возможность измерения линейного коэффициента теплового расширения пленок толщиной более нескольких сот микрометров.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонких прозрачных пленок, толщиной менее одного мкм.

Поставленная задача решена в способе определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки путем измерения эллипсометрических параметров Δ и ψ при начальной и конечной температуре, с последующим определением толщины пленки при начальной и конечной температуре с учетом показателей преломления сред и расчётом коэффициента теплового расширения по известным формулам, отличающийся тем, что на аморфную кварцевую подложку путем вакуумного напыления наносят пленку, при этом до нанесения пленки определяют оптические параметры Δ и ψ отраженного от поверхности подложки светового луча при начальной и конечной температуре, подложку с нанесенной пленкой помещают в водоохлаждаемую камеру, установленную на столике эллипсометра, конструкция которой обеспечивает определенный угол падения светового луча на поверхность системы пленка-подложка, и рассчитывают эллипсометрические параметры Δ и ψ, отраженного от поверхности системы пленка-подложка светового луча.

В настоящее время из научно-технической и патентной литературы не известен способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки с использованием эллипсометрии, основанной на отражении светового луча от поверхности исследуемого объекта – системы подложка-пленка, в предлагаемых авторами условиях.

Предлагаемый способ заключается в измерении эллипсометрических параметров Δ и ψ при комнатной температуре и при температуре T K на образце, представляющем собой аморфную кварцевую подложку толщиной 2,0-2,5 см с нанесенной путем вакуумного напыления тонкой прозрачной пленкой толщиной 150-1000 нм. До нанесения тонкой прозрачной пленки определяют оптические постоянные подложки: n2 – показатель преломления, k2 – коэффициент поглощения при комнатной температуре и при температуре T K из системы уравнений:

(1)

(2)

где: n0 – показатель преломления внешней среды, n2 – показатель преломления подложки, k2 – коэффициент поглощения подложки, φ0 – угол падения, и – эллипсометрические параметры чистой подложки, без пленки.

Полученные оптические постоянные вводят в основное уравнение эллипсометрии:

(3)

где: r01p и r12p - коэффициенты отражения Френеля для р-компоненты вектора электрического поля, относящиеся соответственно к границе между средами ε0 и ε1 и ε1 и ε2; r01s и г12s - коэффициенты отражения Френеля для s-компоненты, относящиеся соответственно к тем же границам, что и r01p и r12p. Коэффициенты отражения Френеля записывают в виде:

(4)

(5)

(6)

(7)

где:

; (8)

, (9)

здесь: ε2, ε1 , ε0 - диэлектрические проницаемости подложки, плёнки и среды (воздух или вакуум) соответственно; n2, n1, n0 - показатели преломления; k2, k1, k0 - коэффициенты поглощения (для воздуха k0 = 0); ω - частота света, с - скорость света в вакууме; d - толщина поверхностной плёнки. На основании решения основного уравнения эллипсометрии (3) и экспериментально измеренных эллипсометрических параметров Δ и ψ определяют показатель преломления пленки n1 и ее толщину при комнатной температуре (d0) и температуре T K (d), соответственно.

После определения толщин пленки d0 и d рассчитывают линейный коэффициент теплового расширения тонкой прозрачной пленки по формуле:

(10)

где ΔT=T-T0;

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.

Пример 1

Способом вакуумного термического испарения на установке ВУП 5М наносят тонкую прозрачную пленку Al2O3 толщиной 205 нм на подложку из плавленого кварца толщиной 2 см. Предварительно до нанесения пленки определяют оптические параметры Δ и ψ отраженного от поверхности подложки светового луча при начальной и конечной температуре и оптические постоянные подложки. Затем на лазерном эллипсометре ЛЭФ-3М измеряют эллипсометрические параметры Δ и ψ образца, помещенного в водоохлаждаемую камеру, установленную на столике эллипсометра (Акашев Л.А., Кононенко В.И., Кочедыков В.А. “Оптические свойства жидкого лантана”, Расплавы, 1988, 2, вып. 4, с. 53-57) и снабженную нагревателем 1 с теплозащитными экранами 2 (фиг.1) при комнатной температуре (295K) и температуре T=895K. Нагреватель представляет собой кварцевый цилиндр, на который намотаны молибденовая проволока диаметром 0,6 мм. Камера изготовлена из нержавеющей стали, ее кожух 3 охлаждается водой. На дне вакуумной камеры находится кварцевая пластина 4. В центре камеры на кварцевом столике установлен исследуемый образец 5. В верхней части камеры установлены хромель-алюмелевая термопара 6. В молибденовых экранах имеются отверстия для прохождения падающего и отраженного от поверхности системы подложка-пленка светового луча. Камера снабжена двумя окнами из плавленого кварца 7, закрепленными через вакуумные уплотнения (фиг.1). Откачка камеры осуществляется двумя вакуумными насосами: форвакуумным с улавливанием масла в азотной ловушке и магниторазрядным насосом НОРД-100. После охлаждения образца снова измеряют эллипсометрические параметры при T=295K и T=895K. Эту процедуру повторяют несколько раз, до тех пор, пока Δ и ψ остаются постоянными при каждой температуре. Измеренные при угле падения луча света φ=60° эллипсометрические параметры равны Δ=356°54´ и ψ=7°08´ (T=295K), что соответствует, согласно решению основного уравнения (3), толщине тонкой прозрачной пленки d0=2046Å. При температуре T=895K эти параметры равны Δ=354°50´ и ψ=6°58´, что соответствует толщине пленки d=2054Å.

В программу для решения основного уравнения эллипсометрии по определению толщин d0 и d (3) вводили следующие параметры: λ=0,6328мкм; φ=60°; n0=1; n1=1.78; k1=0; n2=1.46; k2=0. Здесь n0, n1, n2 – показатели преломления внешней среды (воздух), пленки (оксид алюминия), подложки (плавленый кварц), k1, k2 – коэффициенты поглощения пленки и подложки.

Линейный коэффициент теплового расширения тонкой прозрачной пленки рассчитывали по формуле:

(10)

Температурной зависимостью показателя преломления плавленого кварца пренебрегали, т.к. в указанной области температур:

(11)

Полученная величина линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки Al2O3 α=6.52·10-6 K-1 согласуется с линейным КТР для корунда α= 6,66·10-6 K-1; сапфира α= 5,6·10-6 K-1.

Таким образом, авторами предлагается способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки толщиной менее 1 мкм.

Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки путем измерения эллипсометрических параметров и при начальной и конечной температуре, с последующим определением толщины пленки при начальной и конечной температуре с учетом показателей преломления сред и расчётом коэффициента теплового расширения по известным формулам, отличающийся тем, что на аморфную кварцевую подложку путем вакуумного напыления наносят пленку, при этом до нанесения пленки определяют оптические параметры и отраженного от поверхности подложки светового луча при начальной и конечной температуре, подложку с нанесенной пленкой помещают в водоохлаждаемую камеру, установленную внутри эллипсометра, конструкция которого обеспечивает определенный угол падения светового луча на поверхность системы пленка-подложка, и рассчитывают эллипсометрические параметры и , отраженного от поверхности системы пленка-подложка светового луча.
Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки
Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки
Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки
Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки
Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки
Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 11-20 из 99.
20.02.2015
№216.013.2a33

Ионоселективный материал для определения ионов аммония и способ его получения

Изобретение может быть использовано в аналитической химии. Гидратированную оксидную ванадиевую бронзу аммония состава (NH)VO·0,5HO используют в качестве ионоселективного материала для селективного определения концентрации ионов аммония в растворах. Для получения гидратированной оксидной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542260
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.04.2015
№216.013.45fd

Способ получения наноигл оксидной ванадиевой бронзы натрия

Изобретение может быть использовано в производстве катодного материала химических источников тока, а также термисторов, резисторов, устройств для записи и хранения информации. Способ получения наноигл оксидной ванадиевой бронзы натрия состава α'-NaVO включает получение реакционной смеси,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549421
Дата охранного документа: 27.04.2015
10.05.2015
№216.013.4994

Способ извлечения радионуклидов и микроэлементов

Изобретение относится к области сорбционной технологии извлечения радионуклидов и микроэлементов при переработке различных жидких и твердых объектов радиохимических производств. Заявленный способ включает контактирование с сорбентом на основе цианоферрата переходного металла, при этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550343
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.06.2015
№216.013.5525

Способ получения галлия из щелочно-алюминатных растворов глиноземного производства

Изобретение относится к способу электрохимического выделения галлия из шелочно-алюминатных растворов глиноземного производства процесса Байера. Способ включает подготовку исходной смеси смешением маточного и оборотного растворов в соотношении, равном 1: (0,8÷0,9), при постоянном перемешивании и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553318
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.06.2015
№216.013.5738

Способ получения тонких пленок сульфида свинца

Изобретение относится к области получения тонких пленок сульфида свинца нанокристаллической структуры, активных в ближнем ИК-диапазоне. Предложен способ получения тонких пленок сульфида свинца, активных в ближнем инфракрасном диапазоне, включающий осаждение из водного раствора смеси ацетата...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553858
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.08.2015
№216.013.6e94

Никель-алюминиевая шпинель в качестве катализатора парциального окисления метана и способ ее получения

Изобретение относится к катализатору парциального окисления метана, который представляет собой никель-алюминиевую шпинель. Данная шпинель имеет общую химическую формулу (Ni(МO))·γ-АlO, где М - Сr, Мn или Fe, 0,01≤x≤0,99, 0,01≤y≤1. Изобретение также относится к способу получения такого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559878
Дата охранного документа: 20.08.2015
27.08.2015
№216.013.7492

Способ извлечения оксида алюминия из красного шлама

Изобретение относится к металлургии, а именно к переработке красного шлама - отхода глиноземного производства переработки бокситов щелочным способом Байера. Способ извлечения оксида алюминия из красного шлама включет автоклавное выщелачивании красного шлама при температуре 230-260°С и давлении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561417
Дата охранного документа: 27.08.2015
10.11.2015
№216.013.8b87

Способ получения коллоидного раствора наночастиц сульфида свинца

Изобретение относится к способам получения коллоидных растворов, содержащих наночастицы полупроводникового соединения, и может быть использовано в оптоэлектронике и медицине. Предлагается способ получения коллоидного раствора наночастиц сульфида свинца, включающий смешивание исходного раствора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567326
Дата охранного документа: 10.11.2015
27.11.2015
№216.013.9496

Сырьевая смесь для сульфатированного цемента

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано в производстве портландцементов. Технический результат заключается в повышении прочности на сжатие, ускорении сроков схватывания. Сырьевая смесь для сульфатированного цемента состоит из двуводного гипса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569657
Дата охранного документа: 27.11.2015
20.12.2015
№216.013.9a52

Сплав для получения водорода на основе алюминия

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода. Сплав для получения водорода на основе алюминия и добавки, разрушающей окисную пленку алюминия при взаимодействии с водой, содержит в качестве добавки лантан при следующем соотношении компонентов: лантан-...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571131
Дата охранного документа: 20.12.2015
Показаны записи 11-16 из 16.
02.10.2019
№219.017.cb40

Способ формирования племенного молочного стада крупного рогатого скота с использованием генетических факторов

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ формирования племенного молочного стада крупного рогатого скота с использованием генетических факторов, включающий использование быков-производителей наиболее распространенных линий в породе, подбор маток к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701499
Дата охранного документа: 26.09.2019
09.10.2019
№219.017.d3a2

Способ получения формиата меди (ii)

Изобретение относится к получению солей меди с использованием органических кислот, в частности к получению формиатов двухвалентной меди, которые могут быть использованы для синтеза купратов щелочноземельных металлов и высокотемпературных сверхпроводников, получения медных порошков для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702227
Дата охранного документа: 07.10.2019
01.12.2019
№219.017.e91f

Бессопловой ракетный двигатель твердого топлива

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к ракетам с бессопловом двигателем твердого топлива. Бессопловой ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус, имеющий переднее днище, цилиндрическую часть и задний торец, заряд твердого топлива, торец которого выполнен в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707648
Дата охранного документа: 28.11.2019
04.05.2020
№220.018.1af5

Способ получения твердого электролита

Изобретение относится к способам получения твердого электролита с высокой ионной проводимостью при температурах окружающей среды и может быть использовано при изготовлении электрохимических источников тока, сенсоров, ионных источников и других устройств. Способ получения твердого электролита на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720349
Дата охранного документа: 29.04.2020
24.06.2020
№220.018.29dd

Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок

Использование: для определения ширины запрещенной зоны наноразмерных полупроводниковых и диэлектрических пленок. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок включает определение спектров эллипсометрического параметра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724141
Дата охранного документа: 22.06.2020
23.05.2023
№223.018.6c03

Способ активации порошка алюминия

Изобретение относится к порошковой металлургии и предназначено для получения порошка активированного алюминия, используемого в качестве энергетической добавки в различных композициях. Способ активации порошка алюминия, включающий пропитку исходного порошка алюминия гелем, полученным путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002737950
Дата охранного документа: 07.12.2020
+ добавить свой РИД