Метод зважування
В основі методу лежить визначення товщини плівки за кількістю напиленої речовини. Товщина плівки визначається зі співвідношення:
, (2.2.1)
де G – різниця маси підкладки до і після осадження плівки;
S – площа, вкрита шаром плівки;
– щільність
речовини плівки.
Під
товщиною
розуміють ту товщину, яку мав би шар,
якби утворюючий метал був би рівномірно
розподілений по поверхні. Точність
визначення товщини шару залежить від
чутливості ваг, а також від точності
визначення
і
.
Площа
з
досить високою точністю визначається
шляхом проектування її у збільшеному
вигляді на екран. Неточність визначення
через відмінності щільності тонких
плівок і масивного металу виключається,
якщо вагу напиленої речовини розділити
на питому вагу, у результаті чого виходить
так звана «вагова» товщина шару.
Для вимірювання товщини шару при його осадженні у високому вакуумі можуть бути застосовані ваги Рідмюллера. Коромислом ваг служить скляний капіляр, вигнутий на кінцях для більш стійкого положення центру тяжіння. На кінцях коромисла приклеюються тонкі кварцові нитки. На одному кінці коромисла підвішується скляна підкладка, на іншому кінці закріплюється противагу. У полі компенсаційної котушки поміщається намагнічена швейна голка. Початкове положення ваг визначається за допомогою невеликого дзеркальця, наклеєного в середині коромисла. Початок відліку фіксується становищем дзеркальця, за яким можна спостерігати через зорову трубу. Вага плівки визначається за величиною струму, необхідної для компенсації відхилення коромисла. Тарування ваг показує, що існує лінійна залежність між вагою і величиною компенсаційного струму. Найбільшу похибку вносить неточність важків. При застосуванні точно підігнаних важків похибка може не перевищувати 1%. Електричні ваги Пауля і Весселя ще більш прості по влаштуванню[3]. У цих ваг коромисло одночасно є стрілкою. На одному кінці коромисла закріплюється скляна або слюдяна пластинка, на іншому кінці поміщається противагу. Визначення нульового положення ваг проводиться шляхом вимірювання положення світлового променя відбитого від закріпленого на вагах невеликого дзеркальця. Метод застосовний для вимірювання порівняно товстих плівок (15-20 мкм).
Рисунок 2.2.1 – Прилад для вимірювання товщини плівок методом зважування
Для підвищення чутливості вагового методу може бути використаний прилад, схема якого зображена на рисунок 1. Коромисло 1 підвішене на нитці 2 з фосфористої бронзи і має плече з мідного дроту. До одного з кінців коромисла прикріплена слюдяна лопатка 3, лежача, як і весь прилад, в горизонтальній площині. Знизу на цю лопатку напилюється досліджувана плівка. За допомогою балансирів 4 і 5 досягається такий стан коромисла, при якому його центр ваги лежить на осі підвіски. Відхилення коромисла від положення рівноваги фіксується променем від дзеркала. Підвіска складається з двох смужок фосфористої бронзи, натяг яких підтримується постійним за допомогою пружини 6. Вимірювання відхилення проводиться на відстані 1 м. Максимальне відхилення становить близько 30 см, що відповідає осадженню 140 г срібла, при цьому відхилення приладу є лінійною функцією ваги. Приладом можна користуватися для вимірювання товщин порівняно товстих плівок.
До
насоса
До
насоса
Для
охолодження та нагрівання
Рисунок 2.2.2 – Крутильні мікроваги
На рисунок 2 показані крутильні мікроваги для роботи в надвисокому вакуумі. Кварцовий тримач 1 діаметром близько 3 мм приварений до молібденового стрижню 2, сполученого з вольфрамовим стрижнем 3. Вольфрамовий стрижень вварюють в оболонку ваг, виготовлений зі скла «пірекс». Інший кінець утримувача утримується кварцовою пластиною 4. Кварцова крутильна нитка 5 приварюється до утримувача кварцовою пружини 6 і до поперечного коромисла 7 таким чином, щоб всі сполучні точки розташовувалися на одній прямій. Пружина 6 служить для створення натягу крутильної нитки, необхідного для запобігання провисання останньої. Стрижень 2 служить для регулювання положення центру тяжіння. Опорна призма 10 утримується в натягнутому положенні дугою 11. Призма виготовлена зі шматка кварцу таким чином, щоб в середині залишилося потовщення, до якого прикріплюється диск 12 для калібрувального навішування. До диска приєднана нитка 13. На кінці її укріплена пластина 14 з тонкої слюдяної фольги, на якій конденсується плівка напилювального матеріалу. Над опорною призмою 10 закріплюється постійний магніт 15, заварений в кварцову трубку. При коливаннях вагової системи магніт тримається в невеликому мідному циліндрі 16; виникаючі вихрові струми гасять коливання терезів. Компенсація відхилень коромисла 8 здійснюється зміною положення магніту при пропущенні струму через соленоїд 17, розташований поза вакууму нещільної оболонки ваг безпосередньо над магнітом. Кварцовий стержень 18 служить противагою для диска і магніту. Дзеркало 19 служить для реєстрації відхилень коромисла на шкалі, віддаленої на 3,5 м. Чутливість терезів 1-10-8 г/мм. Для калібрування ваг можуть бути використані невеликі шматочки дуже тонкого однорідного алюмінієвого дроту. Калібрувальна крива (залежність кількості напиленої речовини від кута повороту) являє собою майже пряму лінію. До недоліку крутильних терезів слід віднести як складність конструкції, так і складність проведення самих вимірювань.