ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО МЕТОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ
|
Введение 6
Цель и задачи 9
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1. Методы получения тонких пленок 10
1.1.1. Термовакуумное напыление 11
1.1.2. Метод близкого переноса 13
1.1.3. Магнетронное распыление 15
1.2. Свойства пленок 17
Глава 2. Методы исследования толщины углеродных пленок 22
2.1. Электрические методы 23
2.2. Гравиметрические методы 25
2.3. Оптические методы 26
2.3.1. Эллипсометрия 26
2.3.2. Интерференционный метод 28
Глава 3. USB-спектрометр Ocean Optics USB4000 32
3.1. Принцип работы спектрометра USB4000 32
3.2. Изучение работы с прибором. Как это работает? 35
Глава 4. Установка 41
4.1. Вывод расчетных формул 41
4.2. Схема установки 45
4.3. Установка на практике 48
4.4. Получение и обсуждение результатов 50
Заключение 57
Литература
Цель и задачи 9
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1. Методы получения тонких пленок 10
1.1.1. Термовакуумное напыление 11
1.1.2. Метод близкого переноса 13
1.1.3. Магнетронное распыление 15
1.2. Свойства пленок 17
Глава 2. Методы исследования толщины углеродных пленок 22
2.1. Электрические методы 23
2.2. Гравиметрические методы 25
2.3. Оптические методы 26
2.3.1. Эллипсометрия 26
2.3.2. Интерференционный метод 28
Глава 3. USB-спектрометр Ocean Optics USB4000 32
3.1. Принцип работы спектрометра USB4000 32
3.2. Изучение работы с прибором. Как это работает? 35
Глава 4. Установка 41
4.1. Вывод расчетных формул 41
4.2. Схема установки 45
4.3. Установка на практике 48
4.4. Получение и обсуждение результатов 50
Заключение 57
Литература
Нанонаука и нанотехнологии являются новыми революционными методами мышления и производства с использованием традиционной науки, масштабы которой все больше и больше уменьшаются. На практике такой подход позволяет создавать новые продукты и технологии, свойства которых будут не только отличаться от уже ранее известных, но и будут в разы лучше. В течение следующих 10 лет развитие нанотехнологий и производство новых наноматериалов станут одним из основных факторов перемен в науке. В связи с этим исследования в области наноструктур и технологий становятся все более важными, поскольку они имеют потенциал для создания новых способов получения материалов, управления и контроля свойств на наноуровне [1]. Но как переход к взаимодействию с наномиром говорит нам о том, что будет дальше? В конце концов, произошли глобальные изменения в масштабе и с переходом на более тонкое производство перед разработчиками были поставлены более сложные задачи. Судя по последним исследованиям, одними из наиболее перспективных являются материалы на основе углерода. В статье [2] показывают возможность использования графена, углеродных плёнок, нанотрубок и нановолокон в электронике будущего. Кроме того, широкое практическое использование углеродных наноматериалов находит применение в медицине и тканевой инженерии [3, 4].
В настоящее время большое внимание уделяется синтезу и изучению различных новых углеродных материалов: искусственных алмазов,
алмазоподобных углеродных пленок, карбинов, фуллеренов, фуллеритов и т.д. Искусственные материалы и покрытия можно создавать с наперед заданными свойствами, что увеличивает перспективу применения таких материалов в различных областях науки и техники. [5] Например, углеродные нанотрубки (УНТ) или нанотрубки, имеющие диаметр от 1 до 50 нм и длину в несколько микрометров, образуют новый класс квазиодномерных нанообъектов. Благодаря своей нанофрагментной структуре, УНТ обладают множеством уникальных особенностей: хорошая электропроводимость и адсорбция, способность к холодной эмиссии электронов и аккумулированию газов, диамагнитные характеристики, химическая и термическая стабильность, высокая прочность в сочетании с высокими значениями упругой деформации. Материалы на основе УНТ могут быть успешно использованы в качестве модификаторов конструкционных строительных материалов, аккумуляторов водорода, радиоэлектронных компонентов, присадок к смазочным маслам, краскам и покрытиям, высокоэффективных адсорбентов и газораспределительных слоев топливных элементов. [6]
Конечно, область применения напрямую зависит от свойств наноматериалов, потому что в противном случае характер использования наноматериалов, определяемый как современная технологическая революция, остается неясным. В эту концепцию необходимо включить внезапное изменение свойств вещества, наблюдаемое при достижении нанометрового размера блоков, формирующих материал. Для большинства материалов, известных в настоящее время, порог размера частиц, определяющий скачкообразное изменение свойств материала - размерного эффекта - в диапазоне от 1 до 100 нм. [6] Это значит, что одними из важнейших вопросов нанофизики сегодня являются методы контроля и методы определения непосредственно толщины (размера) изготавливаемых материалов.
Свойства наноразмерных материалов могут сильно отличаться от свойств объектов большого размера. Когда размер материала уменьшается, его свойства практически не изменяются, затем свойства слегка изменяются при уменьшении размера, и, наконец, когда размер становится меньше 100 нм, свойства материала могут значительно измениться.
Основным параметром пленки, конечно же, является толщина. Обычно пленка может быть определена как объект, свойства которого определяются толщиной слоя в одном направлении. Но сказать, что та или иная пленка является толстой или тонкой можно неоднозначно. Это зависит от определяемых нами свойств, которые как раз таки зависят от толщины. Так, электрическое сопротивление пленок металлов зависит от толщины при й = 80-100 нм. (рис. 1). Следует иметь в виду, что характер размерной зависимости определяется условиями и способами измерения этого свойства, например, температурой материала или напряженностью электрического поля (при определении электрофизических свойств) [7].
В настоящее время большое внимание уделяется синтезу и изучению различных новых углеродных материалов: искусственных алмазов,
алмазоподобных углеродных пленок, карбинов, фуллеренов, фуллеритов и т.д. Искусственные материалы и покрытия можно создавать с наперед заданными свойствами, что увеличивает перспективу применения таких материалов в различных областях науки и техники. [5] Например, углеродные нанотрубки (УНТ) или нанотрубки, имеющие диаметр от 1 до 50 нм и длину в несколько микрометров, образуют новый класс квазиодномерных нанообъектов. Благодаря своей нанофрагментной структуре, УНТ обладают множеством уникальных особенностей: хорошая электропроводимость и адсорбция, способность к холодной эмиссии электронов и аккумулированию газов, диамагнитные характеристики, химическая и термическая стабильность, высокая прочность в сочетании с высокими значениями упругой деформации. Материалы на основе УНТ могут быть успешно использованы в качестве модификаторов конструкционных строительных материалов, аккумуляторов водорода, радиоэлектронных компонентов, присадок к смазочным маслам, краскам и покрытиям, высокоэффективных адсорбентов и газораспределительных слоев топливных элементов. [6]
Конечно, область применения напрямую зависит от свойств наноматериалов, потому что в противном случае характер использования наноматериалов, определяемый как современная технологическая революция, остается неясным. В эту концепцию необходимо включить внезапное изменение свойств вещества, наблюдаемое при достижении нанометрового размера блоков, формирующих материал. Для большинства материалов, известных в настоящее время, порог размера частиц, определяющий скачкообразное изменение свойств материала - размерного эффекта - в диапазоне от 1 до 100 нм. [6] Это значит, что одними из важнейших вопросов нанофизики сегодня являются методы контроля и методы определения непосредственно толщины (размера) изготавливаемых материалов.
Свойства наноразмерных материалов могут сильно отличаться от свойств объектов большого размера. Когда размер материала уменьшается, его свойства практически не изменяются, затем свойства слегка изменяются при уменьшении размера, и, наконец, когда размер становится меньше 100 нм, свойства материала могут значительно измениться.
Основным параметром пленки, конечно же, является толщина. Обычно пленка может быть определена как объект, свойства которого определяются толщиной слоя в одном направлении. Но сказать, что та или иная пленка является толстой или тонкой можно неоднозначно. Это зависит от определяемых нами свойств, которые как раз таки зависят от толщины. Так, электрическое сопротивление пленок металлов зависит от толщины при й = 80-100 нм. (рис. 1). Следует иметь в виду, что характер размерной зависимости определяется условиями и способами измерения этого свойства, например, температурой материала или напряженностью электрического поля (при определении электрофизических свойств) [7].
В ходе данной работы была показана актуальность поставленной задачи, изучено большое количество литературных источников (статьи в обычных и электронных журналах, диссертации, рукописи и т.д.) по теме исследования. В том числе новые результаты в исследовании свойств тонких пленок (за 2018 год). Рассмотрены основные актуальные методы получения тонких пленок, выявлена зависимость физико-химических и оптических свойств углеродных пленок от их толщины. Также были изучены основные тенденции в области измерения толщины тонких пленок.
При рассмотрении различных методов с их достоинствами и недостатками, показана актуальность интерференционного метода по сравнению с другими. Изучение явление интерференции в тонких пленках позволяет вывести основные формулы, необходимые для нахождения толщины и показателя преломления пленки.
Для изучения пленок был использован спектрометр иЗБ4000. Было предложено и реализовано две схемы установок, рассмотрены их достоинства и недостатки. Схема с наклонным падением света позволяет измерять не только коэффициенты отражения и поглощения, но так же и угол падения света на пленку. Такой схемой можно пользоваться и в будущем, различные ее модификации позволяют изменять и измерять разные параметры.
При рассмотрении различных методов с их достоинствами и недостатками, показана актуальность интерференционного метода по сравнению с другими. Изучение явление интерференции в тонких пленках позволяет вывести основные формулы, необходимые для нахождения толщины и показателя преломления пленки.
Для изучения пленок был использован спектрометр иЗБ4000. Было предложено и реализовано две схемы установок, рассмотрены их достоинства и недостатки. Схема с наклонным падением света позволяет измерять не только коэффициенты отражения и поглощения, но так же и угол падения света на пленку. Такой схемой можно пользоваться и в будущем, различные ее модификации позволяют изменять и измерять разные параметры.
Подобные работы
- ПЛЕНКИ ПЕРЕСЫЩЕННЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ЗАМЕЩЕНИЯ CdxPb1-xS: СОСТАВ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА
Диссертации (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 4370 р. Год сдачи: 2022 - РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СУБМИКРОННЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Диссертации (РГБ), технология машиностроения. Язык работы: Русский. Цена: 500 р. Год сдачи: 2003 - СТРУКТУРА И СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЁНОК,
ПОЛУЧЕННЫХ ЛАЗЕРНЫМ ИСПАРЕНИЕМ УГЛЕРОДНЫХ МИШЕНЕЙ
Бакалаврская работа, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4780 р. Год сдачи: 2019 - ПЛЕНКИ ПЕРЕСЫЩЕННЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ЗАМЕЩЕНИЯ CdxPb1-xS: СОСТАВ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА
Авторефераты (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2022