Спосіб визначення шорсткості поверхні і глибини порушень кристалоструктури механічно оброблених пластин кремнію

Спосіб визначення шорсткості поверхні і глибини порушень кристалоструктури механічно оброблених пластин кремнію, що включає опромінення зразка світлом і реєстрацію характеристик відбитої зразком частини опромінення, який відрізняється тим, що опромінення здійснюють в області прозорості кремнію інфрачервоним світлом з довжиною хвиль 1,3-27 мкм, а шорсткість поверхні і глибину порушень кристалоструктури визначають за величиною довгохвильової межі густини шумів відбитого від зразка світла. (19) (21) a200900481 (22) 23.01.2009 (24) 11.10.2010 (46) 11.10.2010, Бюл.№ 19, 2010 р. (72) ЛИСОЧЕНКО СЕРГІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ЄРЕМЕНКО ВАДИМ ОЛЕКСІЙОВИЧ, ЖАРКИХ ЮРІЙ СЕРАФИМОВИЧ, КАРПЛЮК ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, ПРИМАЧЕНКО ІВАН АНДРІЙОВИЧ, ТРЕТЯК ОЛЕГ ВАСИЛЬОВИЧ (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "КВАЗАР" (56) SU 1798621, G01B11/30, 28.02.1993 EP 0131710, G01B11/30, 23.01.1985 SU 1763885, G01B11/30, 23.09.1992 SU 1807308, G01B11/30, 07.04.1993 SU 1820206, G01B11/30, 07.06.1993 UA 49709, G01B11/30, 16.09.2002 3 Недоліком наведеного способу-прототипу є необхідність складної і тривалої операції шліфування поверхні під малим кутом, а також визначення необхідної ділянки косого шліфа для вимірювань. Це призводить до руйнування зразка, різко збільшує час досліджень, унеможливлює масовий автоматизований експрес-контроль і потребує високої кваліфікації персоналу, який може вносити суб'єктивні похибки в результати. Крім того застосування при шліфуванні декількох шліфпорошків й паст різного розміру, а також проведення операцій відмивок після кожного етапу шліфування призводить до виникнення нових порушень пластин, забруднень, маскування дефектів. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу визначення шорсткості поверхні і глибини порушень кристалоструктури механічно оброблених пластин кремнію шляхом проведення досліджень оптичних властивостей пластин в області прозорості кремнію інфрачервоним світлом і визначення цих параметрів за величиною довгохвильової межі густини шумів віддзеркаленого від зразка світла. Це дає можливість безконтактно визначити шорсткість поверхні і глибину порушень кристалоструктури механічно оброблених пластин кремнію, підвищити точність, спростити й пришвидшити вимірювання, проводячи їх без руйнування зразків. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення шорсткості поверхні і глибини порушень кристалоструктури механічно оброблених пластин кремнію, що включає опромінення пластин світлом і реєстрацію характеристик віддзеркаленої зразком частини опромінення, відповідно до винаходу, що заявляється, опромінення проводять в області прозорості кремнію інфрачервоним світлом з довжиною хвиль 1,3-27мкм, а шорсткість поверхні і глибину порушень кристалоструктури визначають за величиною довгохвильової межі густини шумів віддзеркаленого від зразка світла. Сукупність ознак, що пропонуються, дає можливість неруйнівного визначення шорсткості поверхні і глибини порушень кристалоструктури механічно оброблених пластин кремнію і дозволяє спростити й пришвидшити дослідження за рахунок виключення операції косого шліфу. На межі поділу середовище-кремній направлений на пластину кремнію пучок інфрачервоного випромінювання поділяється на віддзеркалений і заломлений. Шорстка поверхня, що характеризується хаотичним рельєфом, буде розсіювати світло, тобто віддзеркалене і заломлене випромінювання буде надалі розповсюджуватися в межах тілесного кута 360 без визначеного напрямку. В приповерхневому порушеному шарі пластини заломлений пучок світла також буде багаторазово поділятися на віддзеркалений і заломлений на всіх існуючих межах поділу кремній-середовище і середовище-кремній хаотично розташованих порушень кристалоструктури. З цієї причини інтенсивність результуючого віддзеркаленого випромінювання в точці розташування фотоприймача при опроміненні шорсткої поверхні з порушеною кристалоструктурою приповерхневого шару буде визначатися інтерференці 92239 4 єю всіх складових, як віддзеркалених від її мікрорельєфу, так і меж поділу, що знаходяться в приповерхневому порушеному шарі. Вибір межових значень довжин хвиль опромінення обумовлений співвідношенням між характерними розмірами мікрорельєфу пластини й порушень кристалоструктури d і довжиною хвилі опромінення . У випадку, коли d випромінювання віддзеркалюється від пластини подібно тому як і від дзеркально гладкої [12]. Характерна шорсткість поверхні пластин і розміри порушень кристалоструктури приповерхневого шару (тріщини, пори) після операцій різки зливків і механічних обробок пластин складає 1-20мкм [810]. Тому взаємодія випромінювання з мікрорельєфом і дефектами буде проходити по різному в діапазоні довжин хвиль =1,3-27мкм. В короткохвильовій частині діапазону буде наявне ефективне розсіяння світла і будуть спостерігатися викликані інтерференцією хаотичні коливання інтенсивності віддзеркаленого випромінювання при зміні . В цьому випадку на виході фотоприймача буде реєструватися інтенсивний шумовий сигнал. В довгохвильовій області ці шумові коливання будуть мінімальними. Оскільки шорсткість поверхні і глибина порушень кристалоструктури w пов'язана з характерними розмірами мікрорельєфу поверхні та розмірами порушень кристалоструктури приповерхневого шару d, то визначаючи довгохвильову межу шумового сигналу lim можна визначати w. Вигляд залежності w від lim визначається при калібруванні установки з незалежних вимірювань. Суть винаходу пояснюється кресленнями де зображені: - на Фіг.1 - установка для визначення шорсткості поверхні і глибини порушень кристалоструктури механічно оброблених пластин кремнію; - на Фіг.2 - експериментальна залежність інтенсивності шумової компоненти випромінювання Іn від довжини хвилі . - на Фіг.3 - експериментальний графік залежності шорсткості поверхні і глибини порушень кристалоструктури досліджених пластин кремнію w від довгохвильової межі інтегральної густини шумів відбитого світла lim. Заявлений спосіб реалізують наступним чином: Показана на Фіг.1. установка для визначення шорсткості поверхні і глибини порушень кристалоструктури механічно оброблених пластин кремнію містить кероване джерело інфрачервоного випромінювання 1 в діапазоні довжин хвиль =1,327мкм, фотоприймач 2, попередній підсилювач 3, аналого-цифровий перетворювач 4, персональний комп'ютер 5, цифровий інтерфейс 6. Вихід фотоприймача 2 під'єднано до входу попереднього підсилювача 3 вихід якого, в свою чергу, під'єднано до входу аналого-цифрового перетворювача 4. Вихід перетворювача 4 з'єднано з інтерфейсною шиною комп'ютера 5. До інтерфейсної шини комп'ютера під'єднано також вхід цифрового інтер 5 фейсу 6, вихід якого з'єднано з керуючим входом джерела інфрачервоного випромінювання 1. Дослідження проводять таким чином: Відмиту після механічних обробок пластину кремнію розміщують в установці. Спочатку знімають залежність інтенсивності віддзеркаленого випромінювання I від довжини хвилі . Для цього пучок випромінювання від джерела випромінювання 1 направляють на досліджувану пластину кремнію. Віддзеркалене пластиною опромінення потрапляє на фотоприймач 2. Електричний сигнал з фотоприймача 2 підсилюється попереднім підсилювачем 3 і перетворюється в цифровий аналогоцифровим перетворювачем 4, з якого поступає на персональний комп'ютер 5. Змінюючи довжину хвилі інфрачервоного випромінювання командами з персонального комп'ютера за посередництвом цифрового інтерфейсу 6 знімають залежність І( )=Іо( )+Іn( ), де Іо і Іn постійна і шумова складові віддзеркаленого випромінювання відповідно. Отримані експериментальні дані записують в пам'ять комп'ютера для подальшої обробки і розрахунків. Обробка результатів вимірювань і розрахунки здійснюють в наступній послідовності. Спочатку за допомогою цифрових фільтрів відфільтровують постійну складову сигналу Іо, що обумовлена віддзеркаленням від рівних ділянок поверхні і отримують залежність шумової компоненти інтенсивності випромінювання Іn від . Надалі розраховують густину шумів відбитого світла n і визначають її довгохвильову межу lim. Визначення lim проводять по спаду залежності n( lim). Значення n*, якому відповідає lim вибирають з умови * n