Пристрій для вимірювання внутрішніх напружень в мікрокристалах

Пристрій для вимірювання внутрішніх напружень в мікрокристалах, що містить перше джерело 3 20659 4 Треба зазначити, що процес комбінаційного прикласти до кристалу тиск в 250МПа, а для крисрозсіювання світла має малий квантовий вихід (з талу карбіду кремнію - 300МПа. Отже методами мільйона квантів тільки один здійснює зміну частокомбінаційного розсіювання світла можна реєструти при взаємодії з фононами), тому об’єктив, що вати внутрішні напруження в сотні мега Паскаль і збирає розсіяне світло роблять з максимально для напружень порядку 0,1МПа або менших цей можливою апертурою. Наприклад, унікальний за метод непридатний. світлосилою об’єктив з відносним отвором 1:1 Отже виникає потреба в розробці приладів (відношення діаметру до фокусної відстані) має для вимірювання внутрішні х напруг в мікрооб'єктах більш простих за конструкцією і більш дешевих. апертуру 26°. Тобто такий об'єктив охоплює своєю Найбільш близьким технічним рішенням, прийняапертурою світло, що лежить в конусі з просторотим за прототип, є винахід [5], в якому вимірюванвим кутом при вершині 52°. ня величини подвійного променезаломлювання, Отже при такому поєднані в одному мікрооб'єщо є пропорційним величині внутрішніх напруктиві апертури для збуджуючого випромінювання з жень, здійснюється в пристрої, який містить джеапертурою, що охоплює розсіяне світло, яке є норело поляризованого світла, світлодільник, компесієм корисної інформації, до мікрооб'єктиву придінсатор для регулювання опорного стану ляють високі вимоги - він мусить бути дуже світлополяризації світла, мікро об'єктив, еталон, модусильним і широко кутовим, тобто мати велику лятор, аналізатор і фотодетектор і систему споапертуру. Це призводе до того, що мікрооб'єктив стереження досліджуваної поверхні. Цей пристрій має складну конструкцію і високу вартість. Напридозволяє контролювати внутрішні напруги з великлад, для приладу мікро-Раман Т-64, який виготокою чутливістю і роздільною просторовою здатнісвляє французька фірма Jaben-Yvon [4], вартість тю 2-3 мікрона в різних матеріалах, аналізуючи тільки мікроскопу складає майже половину вартосполяризаційний стан лазерного випромінювання ті всього приладу. відбитого від досліджуваної поверхні. Вартість Крім високої вартості і неефективного викоритакого приладу майже в десять раз менша за мікстання апертури прилади мікро-Раман мають й ро-Раман. інші вади, що пов'язані з спостереженням досліПристрій працює таким чином. Випромінюванджуваної поверхні та вибором відповідного місця ня лазера світлодільником розщеплюється на 2 на ній для реєстрації спектра комбінаційного розрівні за інтенсивністю пучки. Один з них спрямовусіювання. ється на компенсатор (анізотропна фазова пласКоли лазерне випромінювання точно сфокусотинка, наприклад l/4), а другий через мікрооб'єкване на досліджуваній поверхні, в окулярі мікротив спрямовується на досліджувану поверхню скопу спостерігається дуже яскрава пляма діамет(зразок або еталон). Відбите від зразка (еталону) ром 1-2мкм. Саме під цю пляму за допомогою та компенсатора випромінювання крізь модулятор механізму мікро зміщень зразка потрібно підвести і поляризатор зводять на фотодіод. За допомогою ту ділянку поверхні, від якої бажано отримати напівпрозорої пластинки і окуляра через мікрооб'єспектр комбінаційного розсіяння. Однак при такому ктив спостерігають досліджувану поверхню. фокусуванні окрім яскравої плями діаметром 1Для зразків із прозорих матеріалів в разі необ2мкм на досліджуваній поверхні нічого не можна хідності контролю внутрішнього стану задня стоспостерігати, бо досліджувана поверхня нічим не рона зразка повинна мати покриття для відбиваносвітлюється. Тому досліджувану поверхню спочаня світла (або після зразка встановлюється тку роздивляються в розфокусованому лазерному відбиваюче дзеркало). випромінюванні, тобто в розсіяному поверхнею На відміну від приладів комбінаційного розсіюсвітлі, вибирають відповідну ділянку для дослівання цей пристрій має дуже високу чутливість до дження і підводять її приблизно в центр поля зору. внутрішніх напружень. Але ситуація з вибором Потім за допомогою мікро об'єктива фокусують досліджуваної ділянки і фокусування на неї лазерлазерне випромінювання в центр поля зору в пляного випромінювання в цьому випадку аналогічна му 1-2 мкм. Але при такому малому розмірі сфокуз тією, що спостерігається в експериментах з міксованої плями, вона може і не попасти точно в ро-Раман. А саме: спочатку треба в розфокусовабажану ділянку поверхні, бо нема ніякої впевненоному лазерному випромінювані вибрати бажану сті, що вона була виставлена точно в центр поля точку поверхні і за допомогою пересувних механізору. І в цьому випадку ситуація непідконтрольна змів столика вивести її приблизно в центр поля оператору. зору. А потім, спостерігаючи через окуляр, сфокуЗдійснити освітлення досліджуваної поверхні сува ти лазерне випромінювання на досліджувану додатковим світловим пучком таким чином, щоб поверхню. Але при цьому, крім яскравої точки в не використовува ти апертуру мікрооб'єкти, в такій фокусі, ніяких інших елементів поверхні оператор конфігурації оптичної схеми приладу неможливо. не бачить і ніякої впевненості в тому, що фокус Це пов'язано з тим, що зазор між оправою мікрознаходиться саме в бажаній точці поверхні немає. об'єктива і досліджуваною поверхнею дуже малий, Отже при проведені вимірів, крім певних експлуапорядку 1мм. таційних незручностей, пов'язаних з розфокусуІншим недоліком мікро-Раман можна вважати ванням а потім фокусуванням лазерного випромійого слабку чутливість до величини внутрішніх нювання на досліджуваній поверхні, немає ніякої напружень. Роздільна здатність найкращих спектвпевненості в достовірності отриманих результаральних приладів призначених для реєстрації тів. комбінаційного розсіювання складає величину біля Таким чином недоліком прототипу є той факт, 1см -1. В той же час, щоб частоту фонона змінити що спостереження бажаної для вимірів точки пона 1см-1, наприклад, в кристалі кремнію необхідно 5 20659 6 верхні під час фокусування на неї лазерного висвітла (12) Фіг.1. Світло від цього джерела спряпромінювання, а також під час вимірів залишаєтьмовується на дзеркало (11) в центрі якого зроблеся неконтрольованим і одержані результати виміно отвір для проходження лазерного пучка, який рів є не достатньо достовірними. мікроб'єктивом (1) (Фіг.2), що є частиною мікроб'єЗадачею запропонованої корисної моделі є ктива ЕПІ, фокусується на досліджувану поверхню підвищення достовірності отриманих результатів в пляму діаметром 1-2мкм. Світло відбите дзерказа рахунок забезпечення контролю вимірів саме у лом (11) проходить через освітлюючу апертур у (2) вибраній точці досліджуваної поверхні при збереоб'єктива ЕПІ і освітлює досліджувану поверхню, в женні чутливості приладу і спрощення його ексмежах якої знаходиться точка-фокус. Таким чином плуатації. спостерігаючи досліджувану поверхню через окуПоставлена задача досягається тим, що у віляр (5), оператор має можливість ввести в точкудомому пристрої для вимірювання внутрішні х нафокус будь яку бажану ділянку цієї поверхні. Виміпружень в мікрокристалах, що містить перше джери ж внутрішніх напружень виконуються точно тарело поляризованого світла, світлоділитель, ким самим чином, як і у випадку прототипу. компенсатор, мікрооб'єктив, еталон, модулятор, Таким чином новизна запропонованої корисної аналізатор, фотодетектор та оптичні елементи моделі полягає в тому, що вона містить в собі неспостереження за досліджуваною поверхнею, вивідомі раніше поєднання та взаємодію відомих користано мікрооб'єктив типу ЕПІ і додатково має оптичних вузлів та механізмів і яке створює нові друге джерело світла та оптично пов'язане з ним позитивні властивості. А саме: оператор має мождзеркало з отвором для проходження променів від ливість бачити на досліджуваній поверхні яскраву першого джерела світла, яке розташоване перед точку сфокусованого лазерного випромінювання і мікрооб'єктивом ЕПІ таким чином, що промені від значну ділянку добре освітленої поверхні, що придругого джерела світла повністю заповнюють підлягає до фокуса. За допомогою пересувних мехасвітлюючу апертур у мікрооб'єктива ЕПІ. нізмів координатного столика оператор має можСхема пристрою показана на Фіг.1. Випроміливість в точку фокуса ввести будь яку бажану нювання від лазера (1) світлодільником (2) поділяділянку поверхні і контролювати виміри саме від ється на два пучки. Один спрямовується на комцієї ділянки. Таким чином значно спрощується пенсатор (3) а другий на досліджуваний зразок експлуатація приладу і достовірність отриманих (10) (або еталон). Обидва пучки після відбиття і результатів набуває 100% впевненості. проходження крізь модулятор (6) та аналізатор (7) Позитивний ефект полягає в тому, що при тазводяться на фотодіод (8). Окуляр (5) та мікрокій конструкції системи освітлення досліджуваної об'єктив (9) утворюють мікроскоп, в якому за доповерхні не послаблюється інтенсивність лазернопомогою світлодільника (2) і елемента спостерего випромінювання, не зменшується апертура мікження - напівпрозорого дзеркала (4) можна рооб'єктива а отже не втрачається корисна інфорспостерігати досліджувану поверхню (10). мація, що несе відбите випромінювання, і В даному пристрої в якості мікрооб'єктива (9) зберігається висока чутливість приладу. В той же використовують об'єктив типу ЕПІ. Принцип устчас оператор має можливість візуально контролюрою такого об'єктиву показано на Фіг.2. В центравати досліджувану поверхню під час вимірів і мати льній частині корпусу (4) на трьох спицях (3) утриабсолютну впевненість в достовірності отриманих мується звичайний мікрооб'єктив (1), що результатів. При цьому вартість приладу значно використовується в мікроскопах. Коли на цей мікне збільшується порівняно з прототипом, бо метарооб'єктив (1) падає паралельний пучок лазерного леве дзеркало та додаткове джерело світла не є випромінювання, він фокусує це випромінювання в складними оптичними елементами а вартість мікточку на досліджувану поверхню (5). Якщо парарооб'єктиву ЕПІ майже така, як і звичайних мікролельний пучок лазерного випромінювання має об'єктивів. До того ж мікрооб'єктиви ЕПІ в широкодіаметр значно більший, ніж діаметр мікрооб'єктиму асортименті виготовляються ЛООМП і ними ву (1), то все випромінювання, що попадає в зону комплектуються всі мікроскопи, що працюють у (2) після відбиття від дзеркальної поверхні на внувідбитому світлі. трішній стороні корпусу через вихідний отвір в коПриклад реалізації. рпусі падає на досліджувану поверхню, забезпеДіюча модель пристрою у відповідності з Фіг.1 чуючи тим самим її освітлення. Таким чином реалізована з використанням таких деталей та мікрооб'єктив (1) типу ЕПІ дає можливість спостеприладів: рігати в мікроскопах об'єкти дослідження у відби1 - джерело поляризованого світла, лазер тому світлі. ЛГН-113, довжина хвилі l випромінювання 0,63 Для того, щоб в об'єктиві типу ЕПІ заповнити або 1,15мкм, виготовлення Львівського підприємсапертуру (2), що призначена для освітлення дотва "Укрлазер", сліджуваної поверхні, паралельний лазерний пу2 - світлодільник - пластина власного виготовчок необхідно за допомогою спеціального розшилення. Виготовлена із скла К-8, товщина пластинрювача розширити до відповідного діаметру, ки 1см, паралельність плотин пластинки не гірше залишаючи світловий пучок паралельним. Така 1кут.хв., вн утрішні напруги і неоднорідність пласоперація призводе до втрат інтенсивності лазертинки знаходяться в межах коли на 1см товщини ного випромінювання не тільки на відповідних опнабігає різниця ходу між хвилями Е┴ і Е|| не більше тичних елементах розширювача, а і значної її час0,01l (l=0,63мкм), тини на освітлення досліджуваної поверхні. 3 - компенсатор - плоско паралельна пластинЩоб запобігти вказаних втрат в пристрої, що ка з ісландського шпату власного виготовлення, заявляється, використано допоміжне джерело вирізана паралельно оптичній вісі (можна викорис 7 20659 8 тати звичайну чверть хвильову пластинку), оптичні 12 - лампочка розжарювання з відповідним елементи системи спостереження: конденсором від мікроскопу МБС-9 (ЛОМО). 4 - додатковий світлоділитель, скляна пластиЛітература: нка із скла К-8 власного виготовлення з технічними 1. В.П. Маслов, Т.С. Мельник, Эллипсометривимогами як 2, товщина пластинки 1мм. ческий способ контроля качества полирования 5 - окуляр виготовлення ЛООМП МОВ-1-15х образца, а. с. СРСР № 1536199від 15.01.90 р. ГОСТ 7865-56, Бюл. № 2. 6 - модулятор поляризації власного виготов2. Б.К. Сердега. Спосіб вимірювання величини лення. Модулятор виготовлено з пьєзокристалічподвійного променезаломлювання. патент України ного кварцу, до якого прикладається напруга в № 19983 від 25.12.97 р. Бюл. № 6. межах 100-200В з частотою 50кГц. 3. І. Wolf. Micro-Raman spectroscopy to study 7 - аналізатор - поляризаційна призма Ніколя local mechanical stress in silicon integrated circuits. власного виготовлення з ісландського шпату, Semicond. Sci. Technol. 1996.11, p. 139-154. 8 - фотодетектор, фотодіод ФД-9К (кремніє4. www.jobinyvon. com (Raman spectrometer Tвий) або ФД-7Г (германієвий). 64). 9 - мікрооб'єктив, тип об'єктиву ЕПІ, 9 х 0.20 5. Бережинський Л.И., Венгер С.Ф., Маслов (190), виготовлення ЛООМП. В.П., Сердега Б.К. Пристрій для вимірювання ве10 - досліджувана поверхня на координатному личини подвійного променезаломлювання. Декластолику, що має відповідні механізми переміщенраційний патент України № 7496 від 15.06.2005. ня. Бюл. № 6. 11 - металева дзеркальна пластинка з коефіцієнтом відбиття ~80% з отвором діаметром 8мм в центрі. Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601