Дипломная работа на тему: Современные методы контроля толщины в процессе формирования покрытий оптического значения

Введение

Оптика тонких слоёв - новая часть прикладной оптики, получившая быстрое развитие с середины 20 века. Стимулом к этому послужило успешное практическое использование явлений интерференции и поляризации света в тонких прозрачных слоях, что коренным образом изменяет оптические и другие свойства поверхности стекла или иной оптической среды.

Оптические покрытия представляют собой тонкие слои диэлектриков, металлов или полупроводников, образуемые тем или иным способом на поверхностях массивных деталей или специально приготовленных подложек. Тонкослойные покрытия широко применяются в оптике, микроэлектронике, оптоэлектронике и других областях науки и техники [1].

Применительно к оптическим задачам следует отметить важную роль тонкослойных покрытий для увеличения коэффициента пропускания оптических систем и тем самым повышения их светосилы. Даже однослойное диэлектрическое покрытие позволяет существенно влиять на преломленную и отраженную составляющие световой волны на границе раздела двух сред. С помощью двух, трех и более определенным образом подобранных слоев представляется возможным уменьшить коэффициент отражения на преломляющих оптических поверхностях в широкой области спектра (ахроматическое просветление) и одновременно обеспечить защитные свойства поверхностей на гигроскопических и полимерных материалах. При этом перспективны неоднородные по толщине покрытия с непрерывно меняющимся показателем преломления.

Поразительные результаты увеличения коэффициента отражения дают тонкослойные покрытия из чередующихся слоев с высоким и низким показателями преломления (диэлектрические зеркала) , без которых трудно представить современные достижения в лазерной технике. Нанесение диэлектрических слоев на обычные металлические зеркала существенно повышает их коэффициент отражения (на 6 ÷ 8 %), при этом слои одновременно выполняют важную защитную роль, значительно продлевая долговечность изделий. С помощью тонкослойных покрытий удается получить и обратный эффект - практически полностью погасить свет на блендах оптических приборов.

Использование оптических покрытий позволяет заданным образом изменять спектральный коэффициент пропускания (отражения): выделять узкие участки спектра с полушириной полосы пропускания до 1 нм и меньше (узкополосные интерференционные фильтры) или сравнительно широкие участки спектра (широкополосные фильтры), а также резко отделять один спектральный диапазон от другого (отрезающие фильтры).

При наклоне узкополосного интерференционного фильтра, расположенного в параллельном пучке лучей, происходит смещение максимума полосы пропускания в сторону коротких длин волн. Это свойство в системе двух интерференционных фильтров позволяет ограничить полевой угол и устранить, например, засветку приемников излучения для углов падения, превосходящих заданные значения. Если в одном из фильтров используется разделительный слой с аномальной дисперсией, то такая система обладает релейным эффектом: для некоторого угла наклона она автоматически перекрывает прохождение светового пучка.

Высокая прозрачность слоев диэлектрических зеркал и разделительного слоя в интерференционных фильтрах является непременным условием получения высокого коэффициента пропускания. Небольшое уменьшение прозрачности слоев приводит к резкому уменьшению коэффициента пропускания фильтра. При изготовлении зеркал и разделительного слоя из фотохромных материалов достигается эквивалентный результат по модуляции при значительном снижении мощности управляющих световых потоков.

Большая роль отводится тонкослойным покрытиям в интегральной оптике [2]. Эта новая область базируется на явлениях распространения световых волн по слоям высокопрозрачных материалов. Тонкослойные элементы позволяют передавать, модулировать, отклонять и селектировать световые волны, а также осуществлять их генерацию путем использования лазерного эффекта. Благодаря компактности, надежности и высокой помехоустойчивости интегрально-оптические устройства перспективны для использования в системах связи и быстродействующих функциональных устройствах обработки информации. К качеству слоёв для интегральной оптики предъявляются особенно повышенные требования в отношении однородности, прозрачности и отсутствия рассеяния света.

Тонкослойные покрытия привели к созданию новой важной области техники - микроэлектроники. В производстве интегральных схем отдельные слои находят применение для получения активных областей, контактных площадок и т.д. В производстве гибридных интегральных схем многослойные структуры используются для создания пассивных элементов на подложках из стекла или стеклокерамического материала. Таким способом получаются резисторы, конденсаторы, контактные площадки, межсхемные и внутрисхемные соединения.

При помощи таких покрытий можно существенным образом изменить механические, оптические, электрические, магнитные, тепловые и химические свойства исходного материала, получая изделия с требуемыми свойствами.

Проблема нанесения тонкоплёночных покрытий является едва ли не самой обширной среди современных актуальных направлений технологии и материаловедения. Высокие темпы развития наукоемких отраслей промышленности требуют непрерывного повышения качества, и эксплуатационных свойств покрытий. Реализация этих требований напрямую зависит от достижений в конструировании оборудования и совершенствования технологий получения тонких плёнок.

Оглавление

- Введение

- Современные методы контроля толщины в процессе формирования покрытий оптического назначения

- Состояние и перспективы методов контроля оптической толщины покрытий различного функционального назначения

- Фотометрические методы определения оптической толщины тонких покрытий

- Системы контроля оптических характеристик на основе современной компьютерной диагностики

- Контроль толщины оптических покрытий на основе тугоплавких оксидов формируемых методом электронно-лучевого синтеза

- Фотометрическая система контроля СФКТ-751В

- Встраиваемая система контроля оптических характеристик Iris-0211

- Синтез однослойных и многослойных покрытий и контроль их оптической толщины

- Исследование спектральных характеристик многослойных покрытий на основе тугоплавких оксидов и определение их оптических параметров

- Определение фотометрических параметров однослойных и многослойных покрытий на основе тугоплавких оксидов

- Контроль оптических характеристик с помощью спектрального эллипсометра ESM

- Программа расчёта интерференционных покрытий Заключение

- Список используемых источников

- Приложение

- оптический тугоплавкий интерференционный покрытие

Заключение

В данной дипломной работе были рассмотрены современные методы контроля толщины в процессе формирования покрытий оптического назначения. Отмечены перспективы методов контроля оптической толщины покрытий различного функционального назначения. Изучены фотометрические методы определения оптической толщины тонких покрытий. Проведены экспериментальные работы по нанесению оптических покрытий на основе тугоплавких оксидов. Нанесение осуществлялось в лабораторных условиях на установке электронно-лучевого испарения (ВУ-1А). Осуществлен контроль толщины оптических покрытий на основе тугоплавких оксидов с помощью встраиваемой системы контроля оптических характеристик Iris-0211. Исследованы спектральные характеристики многослойных покрытий на основе тугоплавких оксидов и определены их оптические параметры. Экспериментально проведены исследования оптических характеристик с помощью спектрального эллипсометра ЕSМ 512. В результате получены данные: наибольшим показателем преломления на длине волны 480

Список литературы

1. Крылова, Т. Н. Интерференционные покрытия / Т. Н. Крылова. - Л.: Машиностроение, 1973. - 224 с.

. Демтредер, В. Интегральная оптика / В. Демтредер; пер. с англ.; под ред. Т. Тамира. - М.: Мир, 1978. - 344 с.

. Андреев, С.В. Оптические покрытия: учебное пособие по курсу для студентов. / С.В. Андреев, Л.А. Губанова, Э.С. Путилин. - СПб: ГУИТМО, 2006. - 35 с.

. Данилин, Б.С. Вакуумное нанесение тонких плёнок. / Б.С. Данилин. - М.: Энергия, 1967. - 120 с.

. Баринов, Ю.А. Простое устройство ввода аналогового сигнала в компьютер / Ю.А. Баринов. - М.: Наука, 2003. - 64 с.

. Спектрометрический усилитель. Гибридный микроузел / А.Н. Архипкин, В.Г. Бровченко, А.М. Кириченко, Н.А. Петров, И.Г. Толпекин, В.В. Федоренко. - М.: Наука, 2003. - 84.

. Автоматизация фотометрического контроля толщины осаждаемых слоев / С.В. Андреев, Н.Н. Карасев, Э.С. Путилин, А.О. Шакин, - М.: Электроника, 2003. - 143 с.

8. Майссел, Л.И. Нанесение тонких плёнок катодным распылением / Л.И. Майссел // Физика тонких плёнок / пер. с англ.; под ред. Г. Хасса, Р. Туна. - М.: Мир, 1968. - 58 с.

. Меркулов, С.В. Измеритель оптической толщины / С.В. Меркулов, Е.В. Лебедев, Д.Д. Баинов // Приборы и техника эксперимента. - 2004. - №6, С. 6 - 8.

10. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф, пер. с англ. под ред. Г.П. Мотулевич. - М.: Наука, 1970. - 856 с.

11. Лазерный рефлектометрический метод измерения толщины наноплёнок золота на кварцевой подложке / В.А. Городничев, М.Л. Белов, А.М. Белов, С.В. Березин, Ю.В Федотов. - М.: Наука и образование, 2012. - 101 с.

. Никитин, М.М. Технология и оборудование вакуумного напыления / М.М. Никитин. - М.: Металлургия, 1992. - 161 с.

13. Фурман, Ш.А. Тонкослойные оптические покрытия / Ш.А. Фурман. - Л.: Машиностроение, 1977. - 264 с.

. Мешков, Б.Б. Проектирование интерференционных покрытий / Б.Б. Мешков, П.П. Яковлев. - М.: Машиностроение, 1987. - 185 с.

. Путилин, Э.С. Оптические покрытия / Э.С. Путилин. - СПб: ГУИТМО, 2005. - 230 с.

16. Карпенко, Г.Д. Современные методы генерации осаждаемого вещества при нанесении тонкоплёночных покрытий в вакууме / Г.Д. Карпенко, В.Л. Рубинштейн. Минск: БелНИИНТИ, 1990. - 36 с.

17. Котликов, Е.Н. Исследование оптических констант плёнок халькогенидов мышьяка в области длин волн 0.5 - 2.5 мкм / Е.Н. Котликов, В.А. Иванов, В.А. Крупенников. - Оптика и спектроскопия, 2007. - 983 с.

18. Черёмухин, Г.С. Расчёт оптических характеристик плёнок / Г.С. Черёмухин. - М.: Наука, 1976. - 13 с.

19. Хасса, Г. Физика тонких плёнок. / Под общ. ред. Г. Хасса и Р.Э. Тауна; пер. с англ. под ред. В.Б. Сандомирского, А.Г. Ждана. - М.: Мир, 1967. - 15с.

. Оптические плёнкообразующие материалы для инфракрасной области спектра / Е.Н. Котликов, Ю.Н. Кузнецов, Н.П. Лавровская, А.Н. Тропин. - Научное приборостроение, 2008. - 32 с.