زیرسطحی SiOx ریزبینی آکوستیکی هسته ای

زیرسطحی SiOx ریزبینی آکوستیکی هسته ای – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

نقص زیر سطحی فیلم  SiO_x مشخص شده بوسیله ریزبینی آکوستیکی نیروی هسته ای

چکیده

ریزبینی صوتی / میکروسکپی آکوستیکی نیروی هسته ای (AFAM) به منظور ارزیابی خواص مکانیکی مواد در مقیاس نانو توسعه یافته است. لایه ها یا فیلم های  SiO_x بر روی ویفر سیلکونی و اسلاید شیشه ای از طریق رسوب بخار شیمیایی ارتقا یافته پلاسما (PECVD) تهیه گردیده و خواص آنها بوسیله میکروسکپ صوتی نیروی هسته ای (AFAM) مورد ارزیابی قرار گرفت. تصاویر دامنه پایه/ کانتیلور در حال نوسان نمونه تحت لرزش در فرکانس / بسامد مافوق صوت مشاهده شده و ویژگی‌های این تصاویر در بسامدهای تحریکی مختلف مورد بحث قرار داده شد. نتایج معرف آن هستند که تصاویر دامنه صوتی بصورت با کیفیتی قابلیت فراهم آوردن اطلاعات در مبحث کشسانی موضعی و نقص‌های زیر سطحی مواد را خواهند داشت.

کلمات کلیدی: فیلم SiO_x ، تصویر دامنه آکوستیکی، ریزبینی صوتی نیروی هسته ای، کشسانی موضعی، نقص های زیرسطحی

زیرسطحی SiOx ریزبینی آکوستیکی هسته ای

۱- مقدمه

با توسعه ادوات میکروالکترومکانیکی و مواد انسدادی جهت بسته بندی غذایی، فیلم‌ ها / لایه های SiO_x توجه زیادی را در خلال سالیان اخیر به خود جلب نموده اند. بواسطه تکنولوژی های نامناسب، لایه‌های انسدادی SiO_x، که بوسیله سیستم رسوب بخار شیمیایی ارتقا یافته پلاسما (PECVD) بر روی زیر سطح ته نشست می‌شوند، در برخی از مواقع دارای نقص های زیر سطحی هستند. این نقص ها سبب وخیم تر شدن وضعیت انسدادی شده و خواص مکانیکی مواد را نیز با مشکل مواجهه می سازد. بنابراین، آزمایشات موثر و مطمئن غیر تخریبی برای اهداف تضمین کیفیت چنین فرآیندی لازم می باشند. جهت پیش بینی عملکرد مواد انسدادی یا مواد لازم برای ساختن چنین ادواتی و همچنین جهت ارزیابی اطمینان پذیری آن در مقیاس نانو، روش بررسی جدیدی با یک رزولوشن سطح عرضی بالایی مورد نیاز می‌باشد. میکروسکپ نیروی هسته ای (AFM) و میکروسکپ الکترون پویشی (SEM) قابلیت نشان دادن ویژگی های سطح پوشش های SiO_x که به صورت دانه‌ای تشریح می شوند را خواهند داشت. اما نقص زیر سطحی لایه های SiO_x را نمی توان آشکار نمود. با وجود آنکه نقص های زیر سطحی را می توان با استفاده از بررسی سطح مقطع با استفاده از سیستم میکروسکپی انتقال الکترون با رزولوشن بالا مورد ارزیابی قرار داد، مشکلاتی در ارتباط با مهیا سازی نمونه و مشخص سازی نقص وجود دارد. AFM قابلیت اندازه گیری توپوگرافی سه بعدی و همچنین خواص فیزیکی یک سطح با میله آزمایشی نوک دار را خواهد داشت. به هنگامی که یک موج فراصوت به این نمونه اضافه گردید، به گونه ای که سطح نمونه دارای بسامدهای لرزشی فراصوتی شد، نوک حس گر و پایه آن نیز دارای حرکات نوسانی در موقعیت توازنی خود خواهند شد. در صورتی که تنها دامنه های نوسانی بسیار اندک پایه در امتداد وضع تعادلی آن وجود داشته باشد، نیروی نوک- نمونه را می‌توان به صورت خطی گسترش داد و این موضوع را می توان به وسیله یک فنر خطی با یک ضریب فنریت نشان داد. مقداری که جهت مشخص نمودن مدوله های یانگ سطح نمونه مورد استفاده قرار می گیرد سختی تماس عمودی نمونه نوک دار در سیستم میکروسکپی صوتی نیروی هسته ای (AFAM) خواهد بود. بر مبنای این تئوری، خواص مکانیکی را می توان بوسیله AFAM در مقیاس نانو توصیف کرد.

زیرسطحی SiOx ریزبینی آکوستیکی هسته ای

۲- بررسی تجربی

۱-۲٫ مهیا سازی نمونه

ویفرهای تک کریستال سیلیکونی <1 1 1> و اسلاید های شیشه ای به عنوان سوبسترا  به صورت متوالی در یک حمام ماورای صوت با استفاده از اتانول، استون و آب یونیزه شده جهت اعمال فرآیند تمیز شدگی قبل از نصب بر روی نگهدارنده نمونه قرار گرفتند. هگزامتیل‌دیسیلوکسین (Hexamethyldisiloxane ) (HMDSO) در ترکیب با اکسیژن (O₂) به عنوان گازهای رسوبی استفاده شد. لایه های SiO_x  از طریق تکنیک رسوب گذاری بخار شیمیایی ارتقا یافته پلاسما (PECVD) و با استفاده از تخلیه تابناک رسوب گذاری شدند. شرایط به وجود آوردن نمونه بدان صورت بوده است که فشار زمینه به میزان Pa 4.1 مشخص شد، جریان اکسیژن نیز به میزان  sccm 21  (سانتی متر مربع استاندارد در دقیقه)، میزان جریان مونومر sccm 10.5 و توان ورودی (۲۰۰ وات) برای مدت ۲۰ دقیقه در طی فرآیند رسوب گذاری اعمال گردید.

۲-۲٫ مراحل آزمایشی

یک میکروسکپ نیروی هسته ای تجاری اصلاح شده (CSPM 5000,Ben Yuan, China) جهت تصویر برداری از سطح نمونه و کنترل نیروی پایه استاتیک قبل از آنکه نوک با نمونه تماس بگیرد مورد استفاده قرار گرفت (شکل ۱). عکس های پیوسته شامل (۱) یک دستگاه AFM (2) یک مولد تابع و یک مبدل پیزوالکتریک جهت تحریک رزولانس های پایه، (۳) یک آمپلی فایر قفلی (لاک‌این) برای تشخیص انتخابی سیگنال فرکانس و (۴) یک کامپیوتر برای کنترل ابزار و اتصال به داده ها.

۳-۲٫ تصویر برداری

جهت تصویر برداری دامنه صوتی پایه، سیگنال بالا- پایین حاصله از تشخیص گر فتودیودی به کانال سیگنال آمپلی فایر لاک‌این متصل شده و سیگنال تحریک از مولد تابع نیز به کانال مرجع آمپلی فایر لاک‌این متصل می‌شود. در نتیجه ، دامنه پایه مدوله سازی خواهد شد. به هنگامی که نمونه اسکن شد، تصاویر دامنه صوتی نیز با استفاده از کانال اضافی AFM به استثنای تصاویر توپوگرافی حاصل می شود. ما قابلیت حاصل آوردن تصاویر دامنه صوتی در فرکانس تحریک مختلف از یک ناحیه نمونه را خواهیم داشت که بازتاب دهنده سختی تماس موضعی، حالت کشسانی موضعی نمونه و نقص زیر لایه می‌باشند.

زیرسطحی SiOx ریزبینی آکوستیکی هسته ای

۳- نتایج و مباحث

۱-۳٫ تصاویر دامنه صوتی

شکل ۳ نشان دهنده تصویر توپوگرافی (الف) و تصاویر دامنه صوتی (ب) برای مساحت سطح یکسان  لایه SiO_x بر روی سوبسترای سیلیکونی می باشد که در یک فرکانس ۱۰۰کیلو هرتزی تحریک شده است. در شکل  ۳(الف)، نواحی تیره معرف مورفولوژی کمتر و نواحی روشن تر معرف مورفولوژی بیشتری هستند و هیچ گونه اطلاعات بیشتری در اینجا ثبت نشده است. شکل ۳(ب) معرف تصاویر دامنه صوتی می باشد که متفاوت از شکل ۳ (الف) است. تصویر حاصله شامل دامنه نسبی نوسان پایه در فرکانس تحریک برای هر موقعیت بر روی نمونه می باشد. به عنوان تصویر توپوگرافی چنین دامنه ای در نواحی روشن تر بیشتر بوده و در نواحی تیره تر کمتر می‌باشد. ما می توانیم دریابیم که تصاویر نشان داده شده در شکلهای ۳( الف) و (ب) در روشنایی برای تقریبا کلیه نواحی نظیر نواحی دایره ای شکل معکوس می‌باشند. بنابراین میتوان اینگونه استنتاج نمود که چنین نمونه ای بدون نقص های زیر لایه است.

۲-۳٫ نقص زیر لایه/ سوبسترا در تصاویر دامنه صوتی

شکل ۴ (الف) و (ب ) معرف توپوگرافی و تصاویر دامنه صوتی ناحیه  یکسان و به هنگامی است که لایه SiO_x  بر روی زیر لایه شیشه ای در یک فرکانس ۲۵۰کیلو هرتزی و با دامنه ۱V تحریک می شود. ما می توانیم در این دو تصویر در نواحی یکسان دریابیم که چنین کنتراستی از نظر روشنایی منطبق می باشد، نظیر نواحی بیضی شکل دایره ای. این موضوع نیز قابل توجه می باشد که قابلیت مشاهده نقص زیر لایه در تصاویر دامنه صوتی در شکل ۴ (ب) وجود دارد. از این شکل ما یک خط تیره بر روی سمت چپ منطبق با نقص های خط موجود بر روی زیر لایه را در می یابیم که در تصاویر توپوگرافی در شکل ۴ (الف) مشهود نمی باشد. خطوط تیره نشان دهنده دامنه پایه بسیار کمتر از نواحی دیگر بواسطه کاهش مدوله‌های کشسانی است.

۳-۳٫ تحلیل و مباحث

۱-۳-۳٫ نوسانات سریع مارپیچی پایه

در صورتی که دامنه های نوسان نوک و نمونه به میزان کفایت کوچک نگه داشته شوند، نیروهای نوک- نمونه را می توان از طریق سیستمهای کمک فنری عمودی خطی تقریب زد. در صورتی که این موضوع مشخص شود که نوک در انتهای پایه قرار دارد، زاویه های صفر فرض میشود و ثابت‌های  میرایی بواسطه آنکه سختی تماس به عنوان مهمترین عامل تشخیص مدوله‌های یانگ سطح نمونه به شمار می آیند نادیده انگاشته می شوند. بر این مبنا یک مدل ساده در شکل ۶ نشان داده شده است . معادله خواص سیستم ساده شده در شکل ۶ به شرح ذیل مشخص می گردد:

۲-۳-۳٫ آنالیز طیف رزولانس تماسی

در نظر بگیرید که دامنه سیگنال تحریک  باشد، بنابر این انکسار یا خمیدگی پایه با استفاده از معادله ذیل بیان می گردد:

۳-۳-۳٫ تحلیل تصاویر دامنه صوتی

در AFAM ، موج صوتی سبب انتقال شده و منجر به میدان جابجایی در نمونه خواهد شد آن هم به هنگامی که مبدل پیزوالکتریک زیر ولتاژ AC به نوسان در آید. در عین حال در حالت تصویر برداری دامنه صوتی، کنتراست های دامنه بازتاب دهنده واکنش های لایه SiO_x  بر روی میدان های جابجایی ارتجاعی محلی در نمونه می باشد، که به طور نزدیکی در ارتباط با سختی تماس محلی بین نوک و سطح نمونه در طی رویه پویش خواهد بود. نواحی که دارای مدوله های ارتجاعی بالاتری هستند و تحت عنوان نواحی سخت خوانده می شوند، به وجود آورنده منحنی های رزولانس تماسی همراه با فرکانس مرکزی افزایش یافته و دامنه بالاتر در مقایسه با نواحی دارای مدوله های ارتجاعی کمتر هستند که تحت عنوان نواحی نرم خوانده می شوند. به هنگامی که نوک اقدام به اسکن نواحی بالاتر تصویر توپوگرافی می نماید، میزان دفع یا رانش نوک- نمونه بیشتر خواهد بود. به طور مترادف سختی تماسی بیشتر از نواحی پایین تر توپوگرافی خواهد بود. …

 ۴-۳-۳٫ آنالیز نقص های زیر سطحی

در صورتی که نواحی دارای نقص های زیر وجود داشته باشند، سختی تماسی نوک- نمونه کوچکتر بوده و بسامد مرکزی فرکانس واکنش تماسی کمتر خواهد بود.در صورتی که فرکانس تحریک بسیار دورتر از فرکانس واکنش تماسی باشد، دامنه صوتی پایه بسیار پایین خواهد بود. بنابراین کنتراست تصویر دامنه وابسته به نه تنها توپوگرافی بلکه وابسته به حضور نقص زیر سطحی نیز خواهد بود. شکل ۳ نشان دهنده تصاویر نمونه زیر سطحی بدون نقص می‌باشد، کنتراست در روشنایی بین توپوگرافی و تصاویر دامنه صوتی برای تقریبا کلیه نواحی معکوس خواهد بود. به واسطه کاهش در دامنه (یا افزایش) القا شده بوسیله سوبسترا، نقص ایجادی بسیار قابل توجه تر از توپوگرافی می‌باشد، کنتراست روشنایی به طور کامل، در کلیه نواحی بین توپوگرافی و تصاویر دامنه صوتی، همانگونه که در شکل های ۴ (ب) و ۵ (ب)نشان داده شده است، معکوس (یا سازگار) نخواهد بود. ممکن است اسلاید شیشه ای به میزان کفایت تمیز یا شفاف نباشد و نقص زیر سطحی ظهور نماید.

زیرسطحی SiOx ریزبینی آکوستیکی هسته ای

۴- نتیجه گیری

به طور خلاصه، مشخصه فیلم / لایه SiO_x  به وسیله میکروسکپ صوتی نیروی هسته ای مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج معرف آن هستند که تصویر دامنه صوتی در ارتباط با سختی تماسی و خواص الاستیکی / کشسانی محلی است که ناشی از نقص توپوگرافی و زیر سطحی / سوبسترا می‌باشد. تصاویر دامنه صوتی را می توان به هنگامی حاصل آورد که نمونه مربوطه در فرکانس های مختلف تحریک شده باشد. ما می توانیم نقص زیر سطحی در تصویر دامنه صوتی را به هنگامی حاصل آوریم که نمونه در یک فرکانس متناسب تحریک شده باشد. این موضوع ثابت می شود که میکروسکپی صوتی نیروی هسته ای یک روش مفید برای نقشه برداری نقص های زیر سطحی است.