WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 27 |

Голографическая интерферометрия Голография - это двухступенчатый процесс фотографической записи и наблюдения изображения, при котором фокусируется не само изображение, а волновая картина рассеянного объектом света. В интерференционной картине - голограмме содержится информация об интенсивности и фазе волны. Схема записи изображения на голограмму и восстановления записанного изображения представлена на рис.2.15.

Интерферометр называется голографическим, если, по крайней мере, один из волновых факторов восстановлен с записанной ранее голограммы.

Измерение параметров тонких плёнок В основе современного полупроводникового приборостроения лежат эпитаксиально-планарная технология и фотолитографические процессы, поэтому качество приборов в значительной степени зависит от плоскостности подложек, полупроводниковых пластин, фотошаблонов и др.

Для контроля плоскостности используются голографические интерферометры (рис.2.16.).

На голограмму записывается эталонная плоская поверхность.

Интерференционная картина наблюдается на экране 7. Величина прогиба h пластины определяется из уравнения:

m h =, (2.25) 2 cos(Q) где - длина волны излучения лазера; m - номер интерференционной полосы, проходящей через данную точку; Q - угол падения на образец зондирующего луча.

Наблюдатель Голограмма Зеркало Падающий свет Фотографируемый объект Лучи, отраженные объектом Действительное Мнимое изображение изображение а) Запись б) Восстановление Рис.2.15. Запись (а) и восстановление (б) голографического изображения 9 10 7 Рис.2.16. Оптическая схема голографического интерферометра: 1 - плоское поворотное зеркало; 2,8-коллиматоры; 3 - образец; 4 - приставка отражения;

5 - линза; 6 - голограмма; 7 - матовый экран; 9 - светофильтр; 10 - полупрозрачное зеркало; 11 - Не-Nе-лазер 4 Рис. 2.17. Схема приставки: 1 - образец; 2 - базовая поверхность;

3,4 - плоские зеркала Полученные интерферограммы дают возможность не только рассчитывать величины изгибов, но и осуществлять качественную оценку Падающий свет структур, в частности, выявлять такие дефекты, как бугорки, ямы, завалы краёв.

Контроль чистоты обработки поверхности О чистоте обработки поверхности можно судить по индикатору рассеяния, то есть по пространственному распределению отражённого света.

В случае хорошо отполированной поверхности преобладает зеркальное отражение. Если же поверхность шероховата, то кроме зеркальной будет присутствовать также и диффузная составляющая отражённого луча. Эта диффузная составляющая обусловлена отражением на беспорядочно ориентированных поверхностях. Чем грубее обработана поверхность, тем сильнее проявляется диффузный характер отражения. Для автоматического контроля наличия дефектов на поверхности изделий или чистоты обработки поверхности можно использовать установку, изображённую на рис.2.18.

Рис.2.18. Блок-схема установки для автоматического контроля дефектов поверхности Устройство содержит лазерный источник 1. Луч лазера предварительно пропускают через линзу 2 для создания необходимого освещения участка детали 3. Отражённые лучи проходят через прямоугольную диафрагму 4 и образуют на светоприёмнике 5, которым может служить передающая талевизионная трубка, прямоугольное изображение. Во время контроля деталь 3 перемещается. Поэтому на светоприёмнике трубки последовательной развёрткой проецируется вся поверхность детали. Выход светоприёмника соединён с ЭВМ 6, определяющей единичные дефекты, размеры которых переходят за пределы допустимой величины, или обрабатывающей статистику поверхностных дефектов.

Лазерный анализ атмосферы и контроль окруж ающей среды Чистота атмосферы при производстве деталей ЭТ играет важную роль в повышении качества и выхода годной продукции. Поэтому диагностика аэрозолей является одной из важных составных частей современной технологии ЭТ. В общем случае для полного описания аэрозолей требуется измерить следующие параметры: размеры частиц и их распределение по размерам; химический состав, форму и концентрацию частиц. Большую часть этой информации можно получить, исследуя взаимодействие света и аэрозольных частиц. Это обусловило широкое применение лазеров в данной области. Концентрацию аэрозолей определяют по интенсивности прошедшего через атмосферу излучения. Уменьшение интенсивности света при прохождении через поглощающую среду подчиняется закону БугераЛамберта-Бера. График в координатах оптическая плотность - концентрация аэрозоля должен быть линеен, и прямая должна проходить через начало координат. Построив градуировочный график для известных концентраций аэрозолей, определяют затем по нему концентрацию аэрозоля в исследуемой среде. Измерение концентраций загрязнений в воздухе по их поглощению можно выполнять как локально в отдельной точке, так и вдоль заданного пути луча в атмосфере.

При измерении поглощения молекулами загрязнений луч может отражаться обратно входящим в систему пассивным отражателем или некоторой мишенью. Для измерения концентраций загрязнения в данной точке необходимая длина пути обеспечивается многократными отражениями в кювете. Измерение поглощения выполняется в основном с помощью ИКлазеров. Ценным в этом отношении является СО2-лазер, обе полосы излучения которого попадают в окно прозрачности атмосферы 8 - 13,5 мкм.

Однако при использовании лазеров с фиксированной частотой обнаружение того или иного загрязнения основывается на случайном совпадении линии излучения с вращательной линией испускаемой молекулы. Обнаружению искомой молекулы может мешать наложение спектральных линий других молекул. Преимуществом лазеров с перестраиваемой частотой является возможность точной подстройки длины волны их излучения к длине волны исследуемого загрязнения. Информацию о химическом составе аэрозольных частиц можно получить оптически по измерениям спектров комбинационного рассеяния или ИК-спектров поглощения. Эти методы являются дополнением к обычным химическим или спектроаналитическим методам.



Лазеры в химическом анализе Появление лазеров позволило усовершенствовать многие существующие инструментальные методы анализа и создать новые, отличающиеся очень высокой чувствительностью и селективностью.

Подробное рассмотрение этих методов выходит за рамки данного пособия, поэтому ограничимся лишь их перечислением. Это лазерная абсорбционная спектроскопия, лазерный флюоресцентный анализ, лазерно-ионизационная спектрометрия, многофотонная ионизация, спектроскопия комбинационного рассеяния, лазерный магнитный резонанс, лазерная фотоакустическая спектроскопия, лазерный спектральный микроанализ, лазерный массспектральный микроанализ, лазерная хроматография и некоторые другие.

Контрольные вопросы 1. Приведите примеры использования лазерных процессов в химической технологии.

2. В чем суть и каковы возможности лазерной интерферометрии 3. Что такое голографическая интерферометрия 4. Приведите примеры использования лазерных методов в химическом анализе.

5. Сформулируйте основные положительные стороны лазерных методов анализа.

6. В чем принцип лазерного измерения запыленности воздуха Задания и задачи для практических занятий и самостоятельной работы к главе 1. Рассчитайте коэффициент поглощения излучения для трех - четырех металлов (по Вашему выбору) и сравните со справочными данными.

2. Определите максимальную длину волны, при которой возникает фундаментальное поглощение а) в кремнии; б) в германии; в) в арсениде галлия.

3. Оцените время, необходимое для увеличения размеров прогретой лазерным импульсом области в два раза, для а) алюминия; б) титана; в) стекла С50; г) керамики 22ХС.

4. Вычислите кривую распределения температуры поверхности металла (по Вашему выбору) во времени и проведите ее анализ.

5. Вычислите кривую распределения температуры диэлектрика ( по вашему выбору) во времени и проведите ее анализ.

6. Оцените скорость нагрева материала (по Вашему выбору) импульсным лазером с длительностью импульса 1 мкс и плотностью мощности излучения 105 Вт/см2.

7. Оцените время достижения температуры плавления материала (по Вашему выбору) при действии на него лазерного излучения с плотностью мощности 105 Вт/см2.

8. Рассчитайте критическую плотность мощности лазера, требуемую для достижения на поверхности металла (по Вашему выбору) температуры плавления. Длительность импульса 1 мс.

9. Рассчитайте критическую плотность мощности лазера, требуемую для достижения на поверхности металла (по Вашему выбору) температуры испарения. Длительность импульса 1 мс.

10. Оцените глубину распространения температуры плавления для условий задач 8 и 9.

11.Проведите на ПЭВМ модельное решение уравнения теплопроводности для полубезграничного образца металла, облучаемого равномерно, и проанализируйте полученные результаты.

12. Проведите на ПЭВМ модельное решение уравнения теплопроводности для образца металла, облучаемого равномерно сфокусированным пучком диаметром 20 мкм, и проанализируйте полученные результаты.

13.Вычислить фокусное расстояние и глубину фокуса при фокусировке лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм и диаметром луча 5 мм в пятно наименьшего диаметра.

14.Вычислить фокусное расстояние и глубину фокуса при фокусировке лазерного излучения с длиной волны 1,06 мкм и диаметром луча 5 мм в пятно наименьшего диаметра.

15.Разработать схему установки, выбрать лазер, предложить и обосновать технологический режим упрочнения поверхности стальной детали площадью 20 см2 на глубину 1 мкм.

16.Подобрать и обосновать технологический режим поверхностного легирования стальной детали площадью 20 см2 на глубину 20 мкм методом поверхностного плавления микропорошка легирующего материала.

17.Разработать схему установки, выбрать лазер, предложить и обосновать технологический режим импульсно-периодической сварки с глубоким проплавлением стальных деталей толщиной 3 мм со скоростью не менее см/с.

18.Разработать схему установки, выбрать лазер, предложить и обосновать технологический режим непрерывной сварки титановой фольги толщиной 50 мкм со скоростью не менее 1 см/с.

19.Оцените максимальную скорость резания фторопластового листа толщиной 5 мм.

20.Рассчитайте диаметр и глубину отверстия, получаемого при воздействии импульсного лазера с энергией импульса 1 Дж, начальным диаметром пучка 50 мкм и углом расхождения луча 1 угловая минута.

21.Проведите модельные расчеты процесса пробивки отверстия с помощью ПЭВМ и определите условия получения максимального отношения глубины отверстия к его диаметру.

22.Рассчитайте предельные значения глубины и диаметра отверстия, которое можно получить в стальном листе при воздействии импульсным лазером с длиной волны 1,06 мкм, энергией 1 Дж, радиусом пучка 100 мкм при значении тангенса угла расхождения луча 0,2.





23.Вычислите параметры отверстия, которое можно получить в стали внутри цилиндрической световой трубки диаметром 100 мкм при действии импульсного лазера с длиной волны 1,06 мкм и энергией в импульсе 1 Дж.

24.Оцените время, необходимое для удаления 50% материала хромового фотошаблона размером 4040 мм и толщиной 50 нм при обработке импульсным лазером с энергией в импульсе 1000 Дж, длительностью импульса 10 нс, частотой следования 100 Гц. Удельная энергия испарения хрома 50 кДж/см3, поглощающая способность 0,5.

Глава 3. ЭЛЕКТРОННЫ Е ПРОЦЕССЫ И ТЕХНОЛОГИИ 3.1. ОБЩ АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫ Х ТЕХНОЛОГИЙ Электронно-лучевая технология уже сейчас успешно конкурирует со многими традиционными методами обработки материалов и контроля их свойств. Это прежде всего обусловлено уникальными возможностями электронного луча при использовании его в качестве технологического инструмента:

1) универсальность: объектом электронно-лучевой технологии может быть большинство металлов, диэлектриков и полупроводников с различными физико-химическими свойствами; огромный диапазон удельной мощности в пределах 0,1-1016 Вт/см2; возможность локального или селективного воздействия на объект;

2) отсутствие источников загрязнений: процесс протекает в высоком вакууме, сам электронный луч не вносит загрязнений и не подвержен износу, а контроль с его помощью, как правило, является неразрушающим;

3) исключительная управляемость по интенсивности, концентрации, месту и времени выделения мощности. Эти параметры можно регулировать, изменяя энергию, фокусировку, модуляцию и отклонение электронных потоков. Малая инерционность облегчает быстрое перемещение пучка с одного участка на другой и обеспечивает высокую скорость обработки или локального анализа;

4) возмож ность полной автоматизации технологического процесса, поскольку все управление любой электронно-лучевой установкой можно осуществлять путем изменения соответствующих электрических величин.

Это позволяет сравнительно легко сопрягать такие установки с ЭВМ и АСУТП.

В настоящее время наибольшее распространение получили термические способы электронно-лучевой обработки. Примером применения нетермической обработки служит электронная литография или получение тонких пленок при разложении химических соединений.

Хорошо зарекомендовали себя и электронно-зондовые методы контроля, с помощью которых получают уникальную информацию в таких областях науки, как физика твердого тела, металлофизика, минералогия, биология и др. Все шире подобные методы внедряются в производство для непосредственного контроля за ходом технологического процесса. В микроэлектронике, например, для исследования свойств полупроводниковых материалов и элементов микросхем с успехом применяют растровый электронный микроскоп в сочетании с рентгеновским или ожемикроанализатором. В современных технологических установках для выращивания тонких пленок методом молекулярно-лучевой эпитаксии обязательно предусмотрен контроль за свойством пленок в ходе роста методами дифракции быстрых и медленных электронов и электронной ожеспектроскопии.

Можно привести еще множество примеров такого рода. Нет сомнения, что по мере углубления наших знаний о физике взаимодействия электронов с веществом и совершенствования технологической базы электронный луч будет находить более широкое применение в самых различных областях науки и техники. Эта уверенность подтверждается общей тенденцией современной технологии, заключающейся в переходе к управлению процессами, в которых участвуют все более высокие энергии во все меньших пространственно-временных областях.

3.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С ВЕЩ ЕСТВОМ 3.2.1. Процессы, происходящие при бомбардировке вещества электронами, и возможности их использования в технологии При взаимодействии ускоренных электронов с твердым телом происходит множество взаимосвязанных процессов, в результате которых наблюдается эмиссия с облучаемой поверхности электронов, фотонов и атомных частиц, а свойства самого твердого тела могут существенно измениться. Падающий электронный поток частично отражается, частично проникает в твердое тело. Отражение электронов от поверхности приводит к понижению эффективности использования потока электронов, но зависимость параметров отраженных электронов от состава и структуры поверхности позволяет использовать этот эффект в аналитических целях.

Электроны, попавшие в твердое тело, возбуждают или ионизируют узлы решетки. Эти процессы сопровождаются излучением (в том числе рентгеновским) и испусканием свободных электронов (вторичной электронной эмиссией). Соответствующие явления широко используются для анализа и исследования свойств твердого тела и поверхности. Кроме того, передача энергии первичных электронов твердому телу сопровождается нагреванием его и стимуляцией различных химических процессов.

Рассмотрим основные физические явления, сопровождающие электронную бомбардировку.

На своем пути первичные электроны испытывают многочисленные акты взаимодействия с атомами твердого тела, которые можно разделить на два основных класса - упругие и неупругие.

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 27 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.