Диагностика субмикронных металлических покрытий на диэлектрической подложке лазерным оптико-акустическим методом

• Автор: Копылова, Дарья Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Литературный обзор по фототепловым и оптико-акустическим методам диагностики тонких пленок

§1.1 Фототепловые методы

§1.2 Оптико-акустические методы

Глава 2 Линейный режим оптико-акустического преобразования в трехслойной системе: диэлектрическая подложка - металлическая пленка - жидкость. Теоретическое рассмотрение

§2.1 Постановка задачи

§2.2 Аналитический расчет передаточной функции оптико-акустического

преобразования

2.2.1 Тепловая задача

2.2.2 Акустическая задача

§2.3 Влияние параметров сред на передаточную функцию оптико-акустического
преобразования
2.3.1 Зависимость передаточной функции и временного профиля возбуждаемого акустического импульса от толщины пленки
2.3.2 Влияние теплофизических параметров пленки и жидкости на передаточную функцию
Глава 3 Измерение толщины субмикронных металлических покрытий по передаточной функции оптико-акустического преобразования
§3.1 Прямая схема регистрации акустических сигналов
§3.2 Косвенная схема регистрации акустических сигналов

Глава 4 Нелинейный режим оптико-акустического преобразования в трсхслойной системе: диэлектрическая подложка - металлическая пленка - жидкость
§4.1 Особенности термооптической генерации звука в жидкости при проявлении эффекта тепловой нелинейности
§4.2 Термооптическое возбуждение звука в двухслойной системе жидкость-металл при проявлении тепловой нелинейности жидкости
4.2.1 Термооптическое возбуждение звука в двухслойной системе с учетом тепловой нелинейности жидкости. Теоретическое рассмотрение
4.2.2 Измерение оптико-акустического отклика двухслойной системы при проявлении тепловой нелинейности жидкости
§4.3 Термооптическое возбуждение звука в трехслойной системе диэлектрическая
подложка - металлическая пленка - жидкость при проявлении тепловой нелинейности
жидкости
4.3.1 Термооптическос возбуждения звука в трехслойной системе с учетом тепловой нелинейности жидкости. Теоретическое рассмотрение
4.3.2 Измерение оптико-акустического отклика трехслойной системы при проявлении тепловой нелинейности жидкости
Основные результаты работы
Список литературы

Введение
Разработка современных материалов является движущей силой во многих технологических областях промышленности. Тонкие пленки и покрытия, а также слоистые системы, являются весьма простыми по структуре и поэтому наиболее широко используемыми композитными материалами. Они находят множество применений в различных устройствах благодаря своей способности усиливать защиту от коррозии, термо- и износостойкость. Тонкие слои повсеместно встречаются в качестве проводящих и изолирующих элементов в бурно развивающейся микроэлектронике. В макроскопической и в интегральной оптике чередующиеся слои используются в качестве фильтров, поляризующих и отражающих элементов. Слоистые структуры используются в высокоточном машиностроении в целях уменьшения вибраций, а также в гидроакустике при изготовлении резонансных покрытий гидрофонов из слоев с различными акустическими импедансами. Существует множество других применений тонких пленок: в аэрокосмической и автомобильной промышленности в качестве композитных материалов, в биотехнологиях и т.д.
С ростом интереса к тонким пленкам возникла необходимость определения их теплофизических и механических свойств, при этом физические свойства тонкого слоя субмикро- и нанометрового диапазона зачастую могут значительно отличаться от свойств объемного материала, из которого он изготовлен. При этом часто покрытия наносятся при высоких температурах и давлениях на сложные и неплоские поверхности, и часто являются очень хрупкими, что делает нежелательным физический контакт во время измерений.
В настоящее время используется множество различных неразрушающих методов для исследования тонких пленок: рентгеновская дифрактометрия, ультразвуковые,
использовалась для контроля процесса роста пор кремния. Прибор содержал фактически две раздельные ячейки для одновременного измерения сигналов от образца и опорного. Измерения проводились непосредственно во время процесса травления пор. В качестве опорного использовался сигнал от необработанного кремния.
Преимущество фотоакустической спектроскопии состоит, прежде всего, в высокой чувствительности метода, температура поверхности определяется с точностью до 10'1 К [58]. Кроме того, зачастую не требуется никакой специальной подготовки образца, особенно при использовании открытой фотоакустической ячейки (за исключением случаев слабо поглощающих материалов, когда используется зачернение, металлизация поверхности или приведение образца в контакт с металлической фольгой). Основной недостаток фотоакустики - низкие частоты. Рабочий диапазон метода ограничен аудиочастотами, то есть единицами килогерц. Это не позволяет диагностировать неоднородности с характерным размером меньше десятков микрон и исследовать структуры с очень тонкими слоями. Помимо этого, метод не является локальным, то есть позволяет измерять среднюю температуру по поверхности соприкосновения образца с газом в ячейке.
§1.2 Оптико-акустические методы
Акустические волны существенно слабее затухают с расстоянием по сравнению с
тепловыми, поэтому методы, основанные па использовании акустических волн позволяют
исследовать неоднородности на больших глубинах. Как уже было отмечено, минимальная
длина волны зондирующего излучения должна быть порядка размера исследуемой
неоднородности или толщины слоя. Это означает, что для диагностики твердых образцов
с характерными диапазонами размеров порядка, к примеру, долей микрона необходимо
использовать частоты акустических волн вплоть до десятков гигагерц. Поэтому для