Phép đo cấu hình bề mặt nhiệt – Đặc trưng cho sự phát triển địa hình do nhiệt độ gây ra

Phép đo cấu hình quang học là một kỹ thuật đo lường bề mặt nhanh chóng, không phá hủy và không tiếp xúc, được sử dụng để thiết lập hình thái bề mặt, chiều cao bước và độ nhám bề mặt của vật liệu. Nó có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu, bao gồm phân tích kết cấu bề mặt của sơn và chất phủ, phân tích các vết nứt và vết trầy xước vi mô và tạo hồ sơ mài mòn cho các vật liệu có cấu trúc bao gồm vi điện tử và đặc tính của kết cấu hoặc dập nổi ở cấp độ nanomet thành phần bán dẫn, chẳng hạn như tấm silicon.

Trước đây, rất khó để tiến hành các thí nghiệm đo cấu hình quang học được kiểm soát nhiệt độ do các vấn đề về hình ảnh gây ra bởi sự thay đổi quang sai hình cầu theo nhiệt độ của cả thấu kính phía trước của vật kính và cửa sổ thạch anh của bệ LTS420.

Để cung cấp giải pháp cho phép đo cấu hình quang học được kiểm soát nhiệt độ, Linkam đã hợp tác với Sensofar , người chuyên về lĩnh vực đo lường bề mặt không tiếp xúc, để phát triển một kỹ thuật mới mô tả sự phát triển của địa hình bề mặt của mẫu theo nhiệt độ bằng cách sử dụng quang học 3D S neox. profiler và giao thoa kế Linnik kết hợp với buồng kiểm soát nhiệt độ LTS420 của Linkam. Kỹ thuật này đã được sử dụng để lập bản đồ thành công những thay đổi về độ nhám và độ gợn sóng của các tấm silicon ở nhiệt độ lên tới 380°C.

Bằng cách sử dụng hệ thống thấu kính giao thoa kế Linnik mới của Sensofar với bộ định hình quang học 3D S neox, kết hợp với buồng kiểm soát nhiệt độ chính xác LTS420 của Linkam, các vấn đề quang sai hình cầu đã được giải quyết, cho phép đo chính xác cấu hình địa hình 3D của vật liệu kích thước nano ở nhiều mức nhiệt độ.

Để thiết kế và xây dựng vật kính Linnik, hai vật kính Nikon 10x EPI (Nikon, MUE12100) với khoảng cách làm việc 17,5 mm đã được sử dụng. Cấu hình tương tự khả dụng với các vật kính 10xSLWD (Nikon, MUE31100), cung cấp khoảng cách làm việc 37mm.

Điều này làm cho sự tỏa nhiệt từ máy ảnh hầu như không thể cảm nhận được đối với ống kính và sẽ không ảnh hưởng hoặc làm hỏng chất lượng đo. Vật kính Linnik được gắn trên máy đo biên dạng quang học 3D (Sensofar, S neox), kết hợp 4 công nghệ quang học trong cùng một đầu cảm biến: Confocal, CSI, PSI và tiêu cự biến đổi. Những kỹ thuật này được đề cập trong ISO25178.

Ví dụ dưới đây cho thấy cách dữ liệu cấu hình 1D có thể được vẽ dưới dạng hình ảnh địa hình. Bằng cách xếp chồng các hình ảnh 3D dưới dạng một hàm của nhiệt độ, có thể tạo “biểu đồ 4D”, như thể hiện trong hình ảnh xếp chồng bên dưới.

Điều này cho thấy sự phát triển của những thay đổi địa hình ở các nhiệt độ khác nhau bằng cách sử dụng thang màu để biểu thị chiều cao theo hướng thẳng đứng. Trong các tấm silicon được thử nghiệm, rõ ràng là các mẫu bị uốn cong khi nhiệt độ thay đổi. Khi nhiệt độ tăng cao hơn nhiệt độ phòng tới 380°C, các mẫu sẽ bị uốn cong nhiều hơn.

Tính khả thi của cấu hình đề xuất đã được chứng minh là thực hiện thành công các phép đo độ nhám và độ gợn sóng ở các nhiệt độ khác nhau. Hai hành vi khác nhau của địa hình bề mặt đã được quan sát tùy thuộc vào thiết kế chip. Mẫu A cho thấy hành vi uốn cong sớm khi làm nóng mẫu, trong khi mẫu B cho thấy sự uốn cong ở giai đoạn sau.

David Páez, Chuyên gia hỗ trợ bán hàng của Sensofar, nhận xét: “Trong một thử nghiệm gần đây sử dụng kỹ thuật mới, chúng tôi có thể quan sát những thay đổi về địa hình của các tấm silicon khi chúng phát triển với nhiệt độ từ 20°C đến 380°C. Đây là thông tin quan trọng đối với các nhà sản xuất và người dùng tấm bán dẫn silicon, để họ có thể tối ưu hóa quy trình của mình, cải thiện các đặc tính bán dẫn và độ bền của tấm bán dẫn. Buồng Linkam LTS420 và bộ điều khiển nhiệt độ T96 là những thành phần chính trong thiết lập thử nghiệm của chúng tôi và cho phép chúng tôi tăng tốc và kiểm soát nhiệt độ trong khoảng từ <-195° đến 420°C với độ chính xác 0,01°C.”

Các hệ thống Linkam đã cung cấp khả năng kiểm soát nhiệt độ và môi trường chính xác cho một loạt các kỹ thuật, từ kính hiển vi đến phân tích tia X trong nhiều thập kỷ. Sự hợp tác này với Sensofar làm nổi bật vai trò quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ trong việc đóng góp vào các phương pháp đổi mới để mô tả đặc tính vật liệu.

Chúng tôi rất vui khi có thể cung cấp giải pháp cho phép đo cấu hình được kiểm soát nhiệt độ bằng cách sử dụng giao thoa kế Linnik của Sensofar và chúng tôi mong muốn được xem kỹ thuật mới này giúp các nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực thúc đẩy nghiên cứu của họ như thế nào.

Để biết thêm thông tin: www.linkam.co.uk