×
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 61-70 из 99.
30.03.2019
№219.016.f9e8

Способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка

Изобретение относится к получению диэлектрических материалов на основе силиката цинка со структурой виллемита, которые могут быть использованы для изготовления керамики, применяемой в конденсаторах, входящих в электрические схемы с целью накопления электрического заряда, подавления пульсаций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683432
Дата охранного документа: 28.03.2019
16.05.2019
№219.017.5221

Способ извлечения оксида алюминия из отходов глиноземного производства

Изобретение может быть использовано при переработке отвальных красных шламов глиноземного производства в частности из красного шлама в процессе Байера. Способ извлечения оксида алюминия из отходов глиноземного производства включает автоклавное выщелачивание отходов при повышенных температуре и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687470
Дата охранного документа: 13.05.2019
18.05.2019
№219.017.53bf

Способ получения биомедицинского материала

Изобретение относится к области медицины, в частности к способу получения биомедицинского материала. Способ получения биомедицинского материала, включающий нанесение на металлическую основу гидроксиапатита и последующую обработку ультразвуковым излучением, при этом основу помещают в 35-45%-ную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687737
Дата охранного документа: 16.05.2019
08.06.2019
№219.017.7580

Способ получения порошковой композиции на основе оксикарбидов алюминия

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении упрочняющих и легирующих добавок для алюминиевых сплавов, углеродсодержащих огнеупорных, керамических и абразивных материалов. Сначала готовят исходную смесь гидроксида алюминия и сажи путём осаждения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690918
Дата охранного документа: 06.06.2019
08.06.2019
№219.017.75db

Способ получения нанопорошков сложного германата лантана и щелочного металла

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при получении люминофоров. В азотной кислоте растворяют карбонат щелочного металла, взятый в 50-100 %-ном избытке по сравнению со стехиометрическим, и оксид лантана. Концентрация оксида лантана в полученном растворе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690916
Дата охранного документа: 06.06.2019
23.08.2019
№219.017.c29f

Средство для контрастирования при рентгенодиагностике

Изобретение относится к рентгенологии. Предложено средство для контрастирования при рентгенодиагностике, содержащее (масс. %): наночастицы танталата по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, включающей иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697847
Дата охранного документа: 21.08.2019
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
04.11.2019
№219.017.de29

Способ получения сложного литиевого танталата лантана и кальция

Изобретение относится к получению порошка сложного литиевого танталата лантана и кальция состава LiCaLaTaO, используемого в качестве одного из основных компонентов литий-ионной батареи. Способ включает добавление пентоксида тантала к кислоте с последующим получением геля и добавлением нитратов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704990
Дата охранного документа: 01.11.2019
27.11.2019
№219.017.e6eb

Способ переработки бокситов

Изобретение может быть использовано в цветной металлургии для переработки бокситов гидрохимическим способом. К бокситу добавляют оборотный раствор и обожженную при 1200-1300°С известь в количестве 12-14% от массы боксита. Последующее автоклавное выщелачивание осуществляют при соотношении жидкое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707223
Дата охранного документа: 25.11.2019
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
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