Применение цифровой голографической микроскопии для исследования тонких прозрачных пленок
ÃÎËÎÃÐÀÔÈß
ÓÄÊ 612.84: 778.38
ÏÐÈÌÅÍÅÍÈÅ ÖÈÔÐÎÂÎÉ ÃÎËÎÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÎÉ ÌÈÊÐÎÑÊÎÏÈÈ ÄËß ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß ÒÎÍÊÈÕ ÏÐÎÇÐÀ×ÍÛÕ ÏËÅÍÎÊ
2009 ã.
Ä. Í. Òèøêî; Ò. Â. Òèøêî; Â. Ï. Òèòàðü, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê Õàðüêîâñêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò èì. Â.Í. Êàðàçèíà, Õàðüêîâ, Óêðàèíà E-mail: Tatyana.V.Tishko@univer.kharkov.ua
 äàííîé ðàáîòå âïåðâûå ïðèâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû ïðèìåíåíèÿ öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà (ÖÃÈÌ) äëÿ èññëåäîâàíèÿ òîíêèõ (ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî ñâåòà) ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê íà ïðîçðà÷íûõ ïîäëîæêàõ. ÖÃÈÌ ïîçâîëÿåò íå òîëüêî ïîëó÷àòü òðåõìåðíîå èçîáðàæåíèå ïîâåðõíîñòè ïëåíîê, íî è ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ.  êà÷åñòâå ïëåíîê èñïîëüçîâàíû ïîêðûòèÿ èç íèòðèäà àëþìèíèÿ (AlN) íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ, êîòîðûå ìîãóò áûòü ïðèìåíåíû äëÿ çàùèòû èçäåëèé èç àêðèëà îò âîçäåéñòâèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû. Èññëåäîâàíû ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû, èìåþùèåñÿ íà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèé è âîçíèêøèå â ðåçóëüòàòå âîçäåéñòâèÿ óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ íà ïîêðûòèå è ïîäëîæêó. Ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå âîçìîæíîñòåé ìåòîäà êëàññè÷åñêîé îïòè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè è ìåòîäà öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè äëÿ èññëåäîâàíèÿ òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîäòâåðäèëè ýôôåêòèâíîñòü ïðèìåíåíèÿ ÖÃÈÌ äëÿ ïîäîáíûõ èññëåäîâàíèé.
Êîäû OCIS: 180.3170.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 10.09.2008.
Ââåäåíèå
 ïîñëåäíåå âðåìÿ èíòåíñèâíî ðàçâèâàåòñÿ íàó÷íî-òåõíè÷åñêîå íàïðàâëåíèå, ñâÿçàííîå ñ ïîëó÷åíèåì çàùèòíûõ ïîêðûòèé è ïëåíîê.  ïðîöåññå îòðàáîòêè òåõíîëîãèé îñàæäåíèÿ ïëåíîê âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü â âèçóàëüíîì èññëåäîâàíèè è èçìåðåíèè èõ òîëùèí. Äëÿ èçó÷åíèÿ êà÷åñòâà ïîêðûòèé øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ îïòè÷åñêèå ìèêðîñêîïû. Îäíàêî îïòè÷åñêèå ìèêðîñêîïû ïîçâîëÿþò ïîëó÷àòü òîëüêî äâóõìåðíûå èçîáðàæåíèÿ. Êðîìå òîãî, ñ ïîìîùüþ îïòè÷åñêîãî ìèêðîñêîïà íåâîçìîæíî ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ (òîëùèíû ïëåíîê, óðîâåíü øåðîõîâàòîñòè, õàðàêòåðíûå ðàçìåðû äåôåêòîâ). Ïðèìåíåíèå ìèêðîèíòåðôåðîìåòðà äàåò ðÿä ïðåèìóùåñòâ íå òîëüêî äëÿ èññëåäîâàíèÿ ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ, îïðåäåëåíèÿ õàðàêòåðà äåôåêòîâ, íî è ïðåäîñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ òîëùèí ïî âûñîòå óñòóïîâ, îáðàçîâàííûõ êðàåì ïëåíêè è ïîäëîæêè. Íàïðèìåð, ìèêðîèíòåðôåðîìåòð ÌÈÈ-4 ïîçâîëÿåò èçìåðÿòü âûñîòó ìèêðîíåðîâíîñòåé îïòè÷åñêè íåïðîçðà÷íûõ ìàòåðèàëîâ â äèàïàçîíå òîëùèí îò 100 äî 800 íì. Îäíàêî ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé ïðèáîðîì äîâîëüíî âûñîêà è çàâèñèò îò îïûòíîñòè îïåðàòîðà. Ïðè èçìåðåíèè òîëùèí òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïîêðûòèé (100–500 íì), ïîëó÷åííûõ íà ïðîçðà÷íîé îñíîâå, íàïðèìåð ïîëèàêðèëå, ïîãðåøíîñòü åùå âûøå â ñâÿçè ñ òðóäíîñòüþ îïðå-
äåëåíèÿ èíòåðâàëà ìåæäó èíòåðôåðåíöèîííûìè ïîëîñàìè è ÷èñëà èíòåðâàëîâ èç-çà íàëîæåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí îò ðàçëè÷íûõ ïîâåðõíîñòåé îïòè÷åñêîé ïàðû ïîäëîæêà–ïîêðûòèå.
Äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè åäèíñòâåííûì ìåòîäîì, êîòîðûé ïîçâîëÿë ïîëó÷àòü òðåõìåðíûå èçîáðàæåíèÿ ïîâåðõíîñòè ïëåíîê, ÿâëÿëñÿ ìåòîä ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè. Îäíàêî ýòîò ìåòîä íå ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ. Îñîáåííûå òðóäíîñòè âîçíèêàþò ïðè èçó÷åíèè òîíêèõ (ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî ñâåòà) ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê. Ïîýòîìó ïðîáëåìà òðåõìåðíîé âèçóàëèçàöèè òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê è èçìåðåíèÿ èõ ïàðàìåòðîâ ðåøåíà íå áûëà.
Èçîáðåòåíèå ãîëîãðàôèè è ðàçâèòèå ãîëîãðàôè÷åñêèõ ìåòîäîâ âèçóàëèçàöèè ôàçîâûõ ìèêðîîáúåêòîâ â ñî÷åòàíèè ñ ìåòîäàìè öèôðîâîé îáðàáîòêè èçîáðàæåíèé ïîçâîëèëî ñîçäàòü öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêèé èíòåðôåðåíöèîííûé ìèêðîñêîï (ÖÃÈÌ), ïîçâîëÿþùèé ïîëó÷àòü òðåõìåðíûå èçîáðàæåíèÿ ôàçîâûõ ìèêðîîáúåêòîâ è ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ [1]. ÖÃÈÌ ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ èçó÷åíèÿ òðåõìåðíîé ìîðôîëîãèè ýðèòðîöèòîâ êðîâè [2]. Òîíêèå ïðîçðà÷íûå ïëåíêè òàêæå ÿâëÿþòñÿ ôàçîâûìè ìèêðîîáúåêòàìè ñ ðàâíîìåðíûì ðàñïðåäåëåíèåì ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ.  äàííîé ðàáîòå öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêèé èíòåðôåðåíöèîííûé ìèêðîñêîï âïåðâûå èñïîëüçîâàí äëÿ èññëåäîâàíèÿ
40 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê (ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî ñâåòà) íà ïðîçðà÷íûõ ïîäëîæêàõ.  êà÷åñòâå ïëåíîê èñïîëüçîâàëèñü AlN-ïîêðûòèÿ íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ.
Ïîëó÷åíèå è ïðèìåíåíèå íèòðèäà àëþìèíèÿ ïîêðûòèé èç íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ
Èçäåëèÿ èç ïîëèìåðîâ ñ ðàçëè÷íûìè ïîêðûòèÿìè íàõîäÿò øèðîêîå ïðèìåíåíèå â êà÷åñòâå, íàïðèìåð, ôóíêöèîíàëüíûõ ýëåìåíòîâ ïðè ïðîèçâîäñòâå ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðû, îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, â êà÷åñòâå ýëåìåíòîâ è óçëîâ äëÿ àâèàöèè è êîñìè÷åñêîé òåõíèêè. Òîíêèå ïîêðûòèÿ íàõîäÿò âñå áîëüøåå ïðèìåíåíèå â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà íàðÿäó ñ ïðîçðà÷íîñòüþ èçäåëèÿ íåîáõîäèìà ïðî÷íîñòü è ñòîéêîñòü ê âîçäåéñòâèþ îêðóæàþùåé ñðåäû. Ýòî îòíîñèòñÿ ê ïîêðûòèÿì, ïðåäíàçíà÷åííûì äëÿ çàùèòû ïîâåðõíîñòè ïëàñòèêîâûõ îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ. Íàðÿäó ñ èçâåñòíûìè äîñòîèíñòâàìè ëèíçû èç òàêèõ ìàòåðèàëîâ îáëàäàþò íåäîñòàòêàìè, òàêèìè, êàê ïîâûøåííàÿ ïëàñòè÷íîñòü, ïðèâîäÿùàÿ ê äåôîðìàöèÿì, íèçêèå çíà÷åíèÿ òâåðäîñòè è öàðàïèíîóñòîé÷èâîñòè. Ïîýòîìó ïëàñòèêîâûå ëèíçû, êàê ïðàâèëî, èñïîëüçóþòñÿ ñîâìåñòíî ñ îïòè÷åñêè ïðîçðà÷íûìè ïîêðûòèÿìè, ñîäåðæàùèìè óïðî÷íÿþùèå ñëîè. Ñ ïîìîùüþ ïîêðûòèé óäàåòñÿ ïðèäàòü î÷êîâûì ëèíçàì óñòîé÷èâîñòü ê âîçäåéñòâèþ îêðóæàþùåé ñðåäû.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðåäñòàâëÿåò áîëüøîé èíòåðåñ èñïîëüçîâàíèå àëüòåðíàòèâíûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè è óëó÷øåíèå èõ ýêñïëóàòàöèîííûõ õàðàêòåðèñòèê. Ïðè ïðåîáðàçîâàíèè ýíåðãèè â ñîëíå÷íûõ áàòàðåÿõ èñïîëüçóåòñÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèé ïðåîáðàçîâàòåëü. Ôîêóñèðîâêà íà ôîòîýëåêòðè÷åñêèå äàò÷èêè îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ëèíç Ôðåíåëÿ, êîòîðûå èçãîòàâëèâàþòñÿ èç ïîëèàêðèëà. Îäíàêî ïîä âîçäåéñòâèåì êëèìàòè÷åñêèõ, ýêîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ è îñîáåííî ñîëíå÷íîé ðàäèàöèè ïîëèàêðèë òåðÿåò ñâîè îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà.
Âûñîêàÿ ïðîçðà÷íîñòü â âèäèìîì äèàïàçîíå, âûñîêàÿ òâåðäîñòü è õèìè÷åñêàÿ èíåðòíîñòü êî ìíîãèì âèäàì àòìîñôåðíûõ çàãðÿçíåíèé äåëàþò íèòðèä àëþìèíèÿ ïåðñïåêòèâíûì äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ íà èçäåëèÿõ èç ïîëèìåðîâ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ðàáîòû â óñëîâèÿõ ðàçëè÷íûõ àòìîñôåðíûõ âîçäåéñòâèé, â òîì ÷èñëå â óñëîâèÿõ âîçäåéñòâèÿ óëüòðàôèîëåòîâîé ðàäèàöèè.
 íàøåé ðàáîòå â êà÷åñòâå òîíêèõ ïëåíîê èññëåäîâàëèñü ïîäîáíûå òîíêèå AlN-ïîêðûòèÿ íà àêðèëîâûõ îáðàçöàõ. Ïîêðûòèÿ îñàæäàëèñü âàêóóìíî-äóãîâûì ñïîñîáîì [3]. Ïðîöåññ ïîëó÷åíèÿ AlN-ïîêðûòèé ìåòîäîì âàêóóìíî-äóãîâîãî îñàæäåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â ôîðìèðîâàíèè ïîêðûòèé ïóòåì
èñïàðåíèÿ Al è êîíäåíñàöèè åãî íà ïîâåðõíîñòè ïîëèìåðîâ â ïðèñóòñòâèè ðåàêöèîííîãî ãàçà N2. Íàíåñåíèå ïîêðûòèé âûïîëíÿëîñü íà óñòàíîâêå ñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà òèïà “Áóëàò”, ìîäåðíèçèðîâàííîé äëÿ îñàæäåíèÿ íà ïîäëîæêè èç ïîëèàêðèëà.
Ïðèìåíåíèå öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà
äëÿ èññëåäîâàíèÿ òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê íà ïðîçðà÷íûõ ïîäëîæêàõ
Öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêèé èíòåðôåðåíöèîííûé ìèêðîñêîï, ñîçäàííûé â ëàáîðàòîðèè ãîëîãðàôèè Õàðüêîâñêîãî íàöèîíàëüíîãî óíèâåðñèòåòà èì. Â.Í. Êàðàçèíà [1], ñîñòîèò èç òðåõ îñíîâíûõ áëîêîâ: ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðîìåòðà, öèôðîâîé âèäåîêàìåðû è êîìïüþòåðà.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ â ÖÃÈÌ èñïîëüçóåòñÿ He–Ne-ëàçåð ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ 0,63 ìêì. Ñèñòåìà èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ â ÖÃÈÌ ïîëó÷àåòñÿ ïóòåì èíòåðôåðåíöèè äâóõ èäåíòè÷íûõ îáúåêòíûõ âîëí, ïðîøåäøèõ ïî îäíîìó è òîìó æå ïóòè, íî â ðàçíûå ìîìåíòû âðåìåíè. Îäíà èç ýòèõ âîëí çàðåãèñòðèðîâàíà è âîññòàíàâëèâàåòñÿ ïî ãîëîãðàììå. Ôàçîâûå ñäâèãè, âíåñåííûå èññëåäóåìûì ìèêðîîáúåêòîì â ïðîõîäÿùóþ ÷åðåç íåãî ñâåòîâóþ âîëíó, ïðåîáðàçóþòñÿ â îòêëîíåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ íà åãî èíòåðôåðîãðàììå. Èíòåðôåðîãðàììû ðåãèñòðèðóþòñÿ ñ ïîìîùüþ öèôðîâîé âèäåîêàìåðû. Îöèôðîâàííûå èíòåðôåðîãðàììû ïåðåäàþòñÿ â êîìïüþòåð, ãäå ïðèìåíÿþòñÿ ñïåöèàëüíûå ìåòîäû ìàòåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè, ïîçâîëÿþùèå ïîëó÷èòü òðåõìåðíîå èçîáðàæåíèå è ïðîâîäèòü íåîáõîäèìûå êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäà èíòåðôåðåíöèîííîãî êîíòðàñòà äëÿ èññëåäîâàíèÿ ìèêðîîáúåêòîâ ñ îäíîðîäíûì ðàñïðåäåëåíèåì ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ òîëùèíà èññëåäóåìîãî îáðàçöà â êàæäîé òî÷êå îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì [1]
t(x, y) = h(x′, y′)λ/T ∆n,
ãäå λ – äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ, ∆n – ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ìàòåðèàëà èññëåäóåìîãî ïîêðûòèÿ è âîçäóõà, h(x′, y′) – îòêëîíåíèå èíòåðôåðåíöèîííîé ïîëîñû îò ïåðâîíà÷àëüíîãî íàïðàâëåíèÿ â ñîîòâåòñòâóþùåé òî÷êå èíòåðôåðîãðàììû, T – ïåðèîä ñèñòåìû èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ. Ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ èñïîëüçóåìîé AlN-ïëåíêè ðàâåí 2, ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà ðàâåí 1, òî åñòü ∆n = 1. h(x′, y′) è T èçìåðÿëèñü ïî èíòåðôåðîãðàììå ïëåíêè ïðè åå êîìïüþòåðíîé îáðàáîòêå.
Öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêèé ìèêðîñêîï èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ èçó÷åíèÿ êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè òîíêèõ AlN-ïîêðûòèé ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî èçëó÷åíèÿ íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ. Òàê-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
41
æå èññëåäîâàëàñü ñòîéêîñòü îáðàçöîâ ñ AlN-ïîêðû-
òèÿìè ê óëüòðàôèîëåòîâîìó (ÓÔ) âîçäåéñòâèþ. Äëÿ ýòîãî îáðàçöû ïîâåðãàëèñü ÓÔ îáëó÷åíèþ íà ñòåíäå (ðòóòíàÿ ëàìïà ÏÐÊ-4 ñ ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ 115 Âò/ì2 â èíòåðâàëå äëèí âîëí 220– 360 íì).
ìêì
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
Ïîëèàêðèë áåç çàùèòíîãî ïîêðûòèÿ ïðè ÓÔ îáëó÷åíèè íà ñòåíäå áûñòðî òåðÿåò ñâîþ ïðîçðà÷íîñòü. ÈñïîëüçîâàíèåAlN-ïîêðûòèÿ ïðåäîõðàíÿåò ïîëèàêðèë îò ðàçðóøåíèÿ, îäíàêî ïðè äîñòèæåíèè îïðåäåëåííîãî óðîâíÿ îáëó÷åííîñòè íàáëþäàåòñÿ îáðàçîâàíèå òðåùèí â ïîêðûòèè, ìîðùèí è îòñëîåíèé ïîêðûòèÿ.
Íà ðèñ. 1 è 2 ïðåäñòàâëåíû èçîáðàæåíèÿ ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòè AlN-ïîêðûòèÿ ñ ïîâåðõíîñòíûìè äåôåêòàìè, ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà (ÖÃÈÌ). Ñðåäíÿÿ òîëùèíà ïîêðûòèÿ îêîëî 0,1 ìêì.
Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû èçîáðàæåíèÿ ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòè AlN-ïîêðûòèÿ ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ.
Ïðèâåäåííûå èçîáðàæåíèÿ ÿñíî äåìîíñòðèðóþò ïðåèìóùåñòâà ìåòîäà öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêîé èíòåðôåðåíöèîííîé ìèêðîñêîïèè. Ïðèìåíåíèå ÖÃÈÌ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü õàðàêòåð äåôåêòà (âûïóêëîñòü èëè âîãíóòîñòü) è èçìåðèòü ðàçìåðû äåôåêòîâ. Òàê, øèðèíà äåôåêòà â âèäå öàðàïèíû íà ðèñ. 1 ñîñòàâëÿåò îêîëî 2 ìêì, à ãëóáèíà îêîëî 0,1 ìêì. Òî åñòü ýòî äåôåêò ïîêðûòèÿ, à íå ïîäëîæêè. Èçîáðàæåíèå íà ðèñ. 2 ïîêàçûâàåò, ÷òî ïîâåðõíîñòíûé äåôåêò âûïóêëûé, ìàêñèìàëüíàÿ âûñîòà äåôåêòà îêîëî 0,7 ìêì. Íà ïîëó÷åííûõ èçîáðàæåíèÿõ (ðèñ. 1 è 2) âèäíî, ÷òî çà èñêëþ÷åíèåì ìåñò ëîêàëèçàöèè äåôåêòîâ ïîâåðõíîñòü ïîêðûòèÿ ðîâíàÿ è îäíîðîäíàÿ.
Ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ íà ïîëó÷åííîì èçîáðàæåíèè (ðèñ. 3) âèäíî, ÷òî íà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ îáðàçîâàëèñü áîëåå ñóùåñòâåííûå äåôåêòû – òðåùèíû. Èçìåðåííàÿ ãëóáèíà ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 3 òðåùèíû ñîñòàâëÿåò îêîëî 0,8 ìêì. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî òðåùèíà ïðîõîäèò íå òîëüêî ÷åðåç òîëùèíó ïîêðûòèÿ, íî è ÷åðåç ïîäëîæêó.  äàííîì ñëó÷àå ïîêðûòèå íå ñìîãëî çàùèòèòü ïîäëîæêó îò âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ. Âèäíî, ÷òî ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ ïðîèçîøëè èçìåíåíèÿ ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ è âíå ìåñò ëîêàëèçàöèè òðåùèí. Âñÿ ïîâåðõíîñòü ïîêðûòèÿ ñòàëà ìîðùèíèñòîé è íåðîâíîé.
Âûâîäû
 äàííîé ðàáîòå ïðèâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû ïðèìåíåíèÿ öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà (ÖÃÈÌ) äëÿ èññëå-
42
ìêì
ìêì
Ðèñ. 1. Èçîáðàæåíèå ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòèAlN-ïîêðûòèÿ ñ ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì, ïîëó÷åííîå ñ ïîìîùüþ öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà (ÖÃÈÌ). Ñðåäíÿÿ òîëùèíà ïîêðûòèÿ îêîëî 0,1 ìêì.
ìêì
ìêì ìêì
Ðèñ. 2. Èçîáðàæåíèå ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòè AlN-ïîêðûòèÿ ñ ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì, ïîëó÷åííîå ñ ïîìîùüþ ÖÃÈÌ. Ñðåäíÿÿ òîëùèíà ïîêðûòèÿ îêîëî 0,1 ìêì.
ìêì
ìêì
ìêì ìêì
Ðèñ. 3. Èçîáðàæåíèå ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòèAlN-ïîêðûòèÿ ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ, ïîëó÷åííîå ñ ïîìîùüþ ÖÃÈÌ. Ñðåäíÿÿ òîëùèíà ïîêðûòèÿ îêîëî 0,1 ìêì.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
äîâàíèÿ òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî ñâåòà íà ïðîçðà÷íûõ ïîäëîæêàõ.  êà÷åñòâå ïëåíîê èñïîëüçîâàíû AlNïîêðûòèÿ íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ, êîòîðûå ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ äëÿ çàùèòû èçäåëèé èç àêðèëà îò âîçäåéñòâèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû. Èññëåäîâàíû ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû, èìåþùèåñÿ íà ïîêðûòèÿõ è âîçíèêàþùèå ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ. Ïðèâåäåííûå ðåçóëüòàòû ïîäòâåðæäàþò ýôôåêòèâíîñòü ïðèìåíåíèÿ öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà ÖÃÈÌ äëÿ ïîäîáíûõ èññëåäîâàíèé. ÖÃÈÌ ïîçâîëÿåò íå òîëüêî ïîëó÷àòü òðåõìåðíûå èçîáðàæåíèÿ òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê, íî è ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ (òîëùèíû ïëåíîê, òðåõìåðíûå ðàçìåðû äåôåêòîâ).
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü Íàöèîíàëüíîìó íàó÷íîìó öåíòðó “Õàðüêîâñêèé ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé
èíñòèòóò” â ëèöå ñîòðóäíèêîâ Þ.À. Çàäíåïðîâñêîãî è À.Ñ. Êóïðèíà çà ïðåäîñòàâëåííûå îáðàçöû ïëåíîê.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Òèøêî Ò.Â., Òèòàðü Â.Ï., Òèøêî Ä.Í. Ãîëîãðàôè÷åñêèå ìåòîäû òðåõìåðíîé âèçóàëèçàöèè ôàçîâûõ ìèêðîîáúåêòîâ // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2005. Ò. 72. ¹ 2. Ñ. 48– 55.
12. Íîâèöêèé Â.Â., Ðÿçàíöåâà Í.Â., Ñòåïîâàÿ Å.À., Øåâöîâà Í.Ì., Ìèëëåð À.À., Çàéöåâ Á.Í., Òèøêî Ò.Â., Òèòàðü Â.Ï., Òèøêî Ä.Í. Òåîðèÿ è ïðàêòèêà ìèêðîñêîïèè ýðèòðîöèòà. Òîìñê: Ïå÷àòíàÿ ìàíóôàêòóðà, 2008. 147 ñ.
13. Aksenov I.I., Khorosikh V.M. , Lamino N.S., Ovcharenko V.D., Zadneprovskyi Yu. A Transformation of axial vacuum arc plasma flows into radial stream and their use in coating deposition // IEEE. Transaction on Plasma Science. 1999. V. 27. ¹ 4. P. 1026.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
43
ÓÄÊ 612.84: 778.38
ÏÐÈÌÅÍÅÍÈÅ ÖÈÔÐÎÂÎÉ ÃÎËÎÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÎÉ ÌÈÊÐÎÑÊÎÏÈÈ ÄËß ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß ÒÎÍÊÈÕ ÏÐÎÇÐÀ×ÍÛÕ ÏËÅÍÎÊ
2009 ã.
Ä. Í. Òèøêî; Ò. Â. Òèøêî; Â. Ï. Òèòàðü, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê Õàðüêîâñêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò èì. Â.Í. Êàðàçèíà, Õàðüêîâ, Óêðàèíà E-mail: Tatyana.V.Tishko@univer.kharkov.ua
 äàííîé ðàáîòå âïåðâûå ïðèâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû ïðèìåíåíèÿ öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà (ÖÃÈÌ) äëÿ èññëåäîâàíèÿ òîíêèõ (ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî ñâåòà) ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê íà ïðîçðà÷íûõ ïîäëîæêàõ. ÖÃÈÌ ïîçâîëÿåò íå òîëüêî ïîëó÷àòü òðåõìåðíîå èçîáðàæåíèå ïîâåðõíîñòè ïëåíîê, íî è ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ.  êà÷åñòâå ïëåíîê èñïîëüçîâàíû ïîêðûòèÿ èç íèòðèäà àëþìèíèÿ (AlN) íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ, êîòîðûå ìîãóò áûòü ïðèìåíåíû äëÿ çàùèòû èçäåëèé èç àêðèëà îò âîçäåéñòâèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû. Èññëåäîâàíû ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû, èìåþùèåñÿ íà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèé è âîçíèêøèå â ðåçóëüòàòå âîçäåéñòâèÿ óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ íà ïîêðûòèå è ïîäëîæêó. Ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå âîçìîæíîñòåé ìåòîäà êëàññè÷åñêîé îïòè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè è ìåòîäà öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè äëÿ èññëåäîâàíèÿ òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîäòâåðäèëè ýôôåêòèâíîñòü ïðèìåíåíèÿ ÖÃÈÌ äëÿ ïîäîáíûõ èññëåäîâàíèé.
Êîäû OCIS: 180.3170.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 10.09.2008.
Ââåäåíèå
 ïîñëåäíåå âðåìÿ èíòåíñèâíî ðàçâèâàåòñÿ íàó÷íî-òåõíè÷åñêîå íàïðàâëåíèå, ñâÿçàííîå ñ ïîëó÷åíèåì çàùèòíûõ ïîêðûòèé è ïëåíîê.  ïðîöåññå îòðàáîòêè òåõíîëîãèé îñàæäåíèÿ ïëåíîê âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü â âèçóàëüíîì èññëåäîâàíèè è èçìåðåíèè èõ òîëùèí. Äëÿ èçó÷åíèÿ êà÷åñòâà ïîêðûòèé øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ îïòè÷åñêèå ìèêðîñêîïû. Îäíàêî îïòè÷åñêèå ìèêðîñêîïû ïîçâîëÿþò ïîëó÷àòü òîëüêî äâóõìåðíûå èçîáðàæåíèÿ. Êðîìå òîãî, ñ ïîìîùüþ îïòè÷åñêîãî ìèêðîñêîïà íåâîçìîæíî ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ (òîëùèíû ïëåíîê, óðîâåíü øåðîõîâàòîñòè, õàðàêòåðíûå ðàçìåðû äåôåêòîâ). Ïðèìåíåíèå ìèêðîèíòåðôåðîìåòðà äàåò ðÿä ïðåèìóùåñòâ íå òîëüêî äëÿ èññëåäîâàíèÿ ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ, îïðåäåëåíèÿ õàðàêòåðà äåôåêòîâ, íî è ïðåäîñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ òîëùèí ïî âûñîòå óñòóïîâ, îáðàçîâàííûõ êðàåì ïëåíêè è ïîäëîæêè. Íàïðèìåð, ìèêðîèíòåðôåðîìåòð ÌÈÈ-4 ïîçâîëÿåò èçìåðÿòü âûñîòó ìèêðîíåðîâíîñòåé îïòè÷åñêè íåïðîçðà÷íûõ ìàòåðèàëîâ â äèàïàçîíå òîëùèí îò 100 äî 800 íì. Îäíàêî ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé ïðèáîðîì äîâîëüíî âûñîêà è çàâèñèò îò îïûòíîñòè îïåðàòîðà. Ïðè èçìåðåíèè òîëùèí òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïîêðûòèé (100–500 íì), ïîëó÷åííûõ íà ïðîçðà÷íîé îñíîâå, íàïðèìåð ïîëèàêðèëå, ïîãðåøíîñòü åùå âûøå â ñâÿçè ñ òðóäíîñòüþ îïðå-
äåëåíèÿ èíòåðâàëà ìåæäó èíòåðôåðåíöèîííûìè ïîëîñàìè è ÷èñëà èíòåðâàëîâ èç-çà íàëîæåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí îò ðàçëè÷íûõ ïîâåðõíîñòåé îïòè÷åñêîé ïàðû ïîäëîæêà–ïîêðûòèå.
Äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè åäèíñòâåííûì ìåòîäîì, êîòîðûé ïîçâîëÿë ïîëó÷àòü òðåõìåðíûå èçîáðàæåíèÿ ïîâåðõíîñòè ïëåíîê, ÿâëÿëñÿ ìåòîä ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè. Îäíàêî ýòîò ìåòîä íå ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ. Îñîáåííûå òðóäíîñòè âîçíèêàþò ïðè èçó÷åíèè òîíêèõ (ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî ñâåòà) ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê. Ïîýòîìó ïðîáëåìà òðåõìåðíîé âèçóàëèçàöèè òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê è èçìåðåíèÿ èõ ïàðàìåòðîâ ðåøåíà íå áûëà.
Èçîáðåòåíèå ãîëîãðàôèè è ðàçâèòèå ãîëîãðàôè÷åñêèõ ìåòîäîâ âèçóàëèçàöèè ôàçîâûõ ìèêðîîáúåêòîâ â ñî÷åòàíèè ñ ìåòîäàìè öèôðîâîé îáðàáîòêè èçîáðàæåíèé ïîçâîëèëî ñîçäàòü öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêèé èíòåðôåðåíöèîííûé ìèêðîñêîï (ÖÃÈÌ), ïîçâîëÿþùèé ïîëó÷àòü òðåõìåðíûå èçîáðàæåíèÿ ôàçîâûõ ìèêðîîáúåêòîâ è ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ [1]. ÖÃÈÌ ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ èçó÷åíèÿ òðåõìåðíîé ìîðôîëîãèè ýðèòðîöèòîâ êðîâè [2]. Òîíêèå ïðîçðà÷íûå ïëåíêè òàêæå ÿâëÿþòñÿ ôàçîâûìè ìèêðîîáúåêòàìè ñ ðàâíîìåðíûì ðàñïðåäåëåíèåì ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ.  äàííîé ðàáîòå öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêèé èíòåðôåðåíöèîííûé ìèêðîñêîï âïåðâûå èñïîëüçîâàí äëÿ èññëåäîâàíèÿ
40 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê (ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî ñâåòà) íà ïðîçðà÷íûõ ïîäëîæêàõ.  êà÷åñòâå ïëåíîê èñïîëüçîâàëèñü AlN-ïîêðûòèÿ íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ.
Ïîëó÷åíèå è ïðèìåíåíèå íèòðèäà àëþìèíèÿ ïîêðûòèé èç íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ
Èçäåëèÿ èç ïîëèìåðîâ ñ ðàçëè÷íûìè ïîêðûòèÿìè íàõîäÿò øèðîêîå ïðèìåíåíèå â êà÷åñòâå, íàïðèìåð, ôóíêöèîíàëüíûõ ýëåìåíòîâ ïðè ïðîèçâîäñòâå ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðû, îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, â êà÷åñòâå ýëåìåíòîâ è óçëîâ äëÿ àâèàöèè è êîñìè÷åñêîé òåõíèêè. Òîíêèå ïîêðûòèÿ íàõîäÿò âñå áîëüøåå ïðèìåíåíèå â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà íàðÿäó ñ ïðîçðà÷íîñòüþ èçäåëèÿ íåîáõîäèìà ïðî÷íîñòü è ñòîéêîñòü ê âîçäåéñòâèþ îêðóæàþùåé ñðåäû. Ýòî îòíîñèòñÿ ê ïîêðûòèÿì, ïðåäíàçíà÷åííûì äëÿ çàùèòû ïîâåðõíîñòè ïëàñòèêîâûõ îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ. Íàðÿäó ñ èçâåñòíûìè äîñòîèíñòâàìè ëèíçû èç òàêèõ ìàòåðèàëîâ îáëàäàþò íåäîñòàòêàìè, òàêèìè, êàê ïîâûøåííàÿ ïëàñòè÷íîñòü, ïðèâîäÿùàÿ ê äåôîðìàöèÿì, íèçêèå çíà÷åíèÿ òâåðäîñòè è öàðàïèíîóñòîé÷èâîñòè. Ïîýòîìó ïëàñòèêîâûå ëèíçû, êàê ïðàâèëî, èñïîëüçóþòñÿ ñîâìåñòíî ñ îïòè÷åñêè ïðîçðà÷íûìè ïîêðûòèÿìè, ñîäåðæàùèìè óïðî÷íÿþùèå ñëîè. Ñ ïîìîùüþ ïîêðûòèé óäàåòñÿ ïðèäàòü î÷êîâûì ëèíçàì óñòîé÷èâîñòü ê âîçäåéñòâèþ îêðóæàþùåé ñðåäû.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðåäñòàâëÿåò áîëüøîé èíòåðåñ èñïîëüçîâàíèå àëüòåðíàòèâíûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè è óëó÷øåíèå èõ ýêñïëóàòàöèîííûõ õàðàêòåðèñòèê. Ïðè ïðåîáðàçîâàíèè ýíåðãèè â ñîëíå÷íûõ áàòàðåÿõ èñïîëüçóåòñÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèé ïðåîáðàçîâàòåëü. Ôîêóñèðîâêà íà ôîòîýëåêòðè÷åñêèå äàò÷èêè îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ëèíç Ôðåíåëÿ, êîòîðûå èçãîòàâëèâàþòñÿ èç ïîëèàêðèëà. Îäíàêî ïîä âîçäåéñòâèåì êëèìàòè÷åñêèõ, ýêîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ è îñîáåííî ñîëíå÷íîé ðàäèàöèè ïîëèàêðèë òåðÿåò ñâîè îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà.
Âûñîêàÿ ïðîçðà÷íîñòü â âèäèìîì äèàïàçîíå, âûñîêàÿ òâåðäîñòü è õèìè÷åñêàÿ èíåðòíîñòü êî ìíîãèì âèäàì àòìîñôåðíûõ çàãðÿçíåíèé äåëàþò íèòðèä àëþìèíèÿ ïåðñïåêòèâíûì äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ íà èçäåëèÿõ èç ïîëèìåðîâ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ðàáîòû â óñëîâèÿõ ðàçëè÷íûõ àòìîñôåðíûõ âîçäåéñòâèé, â òîì ÷èñëå â óñëîâèÿõ âîçäåéñòâèÿ óëüòðàôèîëåòîâîé ðàäèàöèè.
 íàøåé ðàáîòå â êà÷åñòâå òîíêèõ ïëåíîê èññëåäîâàëèñü ïîäîáíûå òîíêèå AlN-ïîêðûòèÿ íà àêðèëîâûõ îáðàçöàõ. Ïîêðûòèÿ îñàæäàëèñü âàêóóìíî-äóãîâûì ñïîñîáîì [3]. Ïðîöåññ ïîëó÷åíèÿ AlN-ïîêðûòèé ìåòîäîì âàêóóìíî-äóãîâîãî îñàæäåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â ôîðìèðîâàíèè ïîêðûòèé ïóòåì
èñïàðåíèÿ Al è êîíäåíñàöèè åãî íà ïîâåðõíîñòè ïîëèìåðîâ â ïðèñóòñòâèè ðåàêöèîííîãî ãàçà N2. Íàíåñåíèå ïîêðûòèé âûïîëíÿëîñü íà óñòàíîâêå ñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà òèïà “Áóëàò”, ìîäåðíèçèðîâàííîé äëÿ îñàæäåíèÿ íà ïîäëîæêè èç ïîëèàêðèëà.
Ïðèìåíåíèå öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà
äëÿ èññëåäîâàíèÿ òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê íà ïðîçðà÷íûõ ïîäëîæêàõ
Öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêèé èíòåðôåðåíöèîííûé ìèêðîñêîï, ñîçäàííûé â ëàáîðàòîðèè ãîëîãðàôèè Õàðüêîâñêîãî íàöèîíàëüíîãî óíèâåðñèòåòà èì. Â.Í. Êàðàçèíà [1], ñîñòîèò èç òðåõ îñíîâíûõ áëîêîâ: ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðîìåòðà, öèôðîâîé âèäåîêàìåðû è êîìïüþòåðà.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ â ÖÃÈÌ èñïîëüçóåòñÿ He–Ne-ëàçåð ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ 0,63 ìêì. Ñèñòåìà èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ â ÖÃÈÌ ïîëó÷àåòñÿ ïóòåì èíòåðôåðåíöèè äâóõ èäåíòè÷íûõ îáúåêòíûõ âîëí, ïðîøåäøèõ ïî îäíîìó è òîìó æå ïóòè, íî â ðàçíûå ìîìåíòû âðåìåíè. Îäíà èç ýòèõ âîëí çàðåãèñòðèðîâàíà è âîññòàíàâëèâàåòñÿ ïî ãîëîãðàììå. Ôàçîâûå ñäâèãè, âíåñåííûå èññëåäóåìûì ìèêðîîáúåêòîì â ïðîõîäÿùóþ ÷åðåç íåãî ñâåòîâóþ âîëíó, ïðåîáðàçóþòñÿ â îòêëîíåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ íà åãî èíòåðôåðîãðàììå. Èíòåðôåðîãðàììû ðåãèñòðèðóþòñÿ ñ ïîìîùüþ öèôðîâîé âèäåîêàìåðû. Îöèôðîâàííûå èíòåðôåðîãðàììû ïåðåäàþòñÿ â êîìïüþòåð, ãäå ïðèìåíÿþòñÿ ñïåöèàëüíûå ìåòîäû ìàòåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè, ïîçâîëÿþùèå ïîëó÷èòü òðåõìåðíîå èçîáðàæåíèå è ïðîâîäèòü íåîáõîäèìûå êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäà èíòåðôåðåíöèîííîãî êîíòðàñòà äëÿ èññëåäîâàíèÿ ìèêðîîáúåêòîâ ñ îäíîðîäíûì ðàñïðåäåëåíèåì ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ òîëùèíà èññëåäóåìîãî îáðàçöà â êàæäîé òî÷êå îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì [1]
t(x, y) = h(x′, y′)λ/T ∆n,
ãäå λ – äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ, ∆n – ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ìàòåðèàëà èññëåäóåìîãî ïîêðûòèÿ è âîçäóõà, h(x′, y′) – îòêëîíåíèå èíòåðôåðåíöèîííîé ïîëîñû îò ïåðâîíà÷àëüíîãî íàïðàâëåíèÿ â ñîîòâåòñòâóþùåé òî÷êå èíòåðôåðîãðàììû, T – ïåðèîä ñèñòåìû èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ. Ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ èñïîëüçóåìîé AlN-ïëåíêè ðàâåí 2, ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà ðàâåí 1, òî åñòü ∆n = 1. h(x′, y′) è T èçìåðÿëèñü ïî èíòåðôåðîãðàììå ïëåíêè ïðè åå êîìïüþòåðíîé îáðàáîòêå.
Öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêèé ìèêðîñêîï èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ èçó÷åíèÿ êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè òîíêèõ AlN-ïîêðûòèé ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî èçëó÷åíèÿ íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ. Òàê-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
41
æå èññëåäîâàëàñü ñòîéêîñòü îáðàçöîâ ñ AlN-ïîêðû-
òèÿìè ê óëüòðàôèîëåòîâîìó (ÓÔ) âîçäåéñòâèþ. Äëÿ ýòîãî îáðàçöû ïîâåðãàëèñü ÓÔ îáëó÷åíèþ íà ñòåíäå (ðòóòíàÿ ëàìïà ÏÐÊ-4 ñ ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ 115 Âò/ì2 â èíòåðâàëå äëèí âîëí 220– 360 íì).
ìêì
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
Ïîëèàêðèë áåç çàùèòíîãî ïîêðûòèÿ ïðè ÓÔ îáëó÷åíèè íà ñòåíäå áûñòðî òåðÿåò ñâîþ ïðîçðà÷íîñòü. ÈñïîëüçîâàíèåAlN-ïîêðûòèÿ ïðåäîõðàíÿåò ïîëèàêðèë îò ðàçðóøåíèÿ, îäíàêî ïðè äîñòèæåíèè îïðåäåëåííîãî óðîâíÿ îáëó÷åííîñòè íàáëþäàåòñÿ îáðàçîâàíèå òðåùèí â ïîêðûòèè, ìîðùèí è îòñëîåíèé ïîêðûòèÿ.
Íà ðèñ. 1 è 2 ïðåäñòàâëåíû èçîáðàæåíèÿ ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòè AlN-ïîêðûòèÿ ñ ïîâåðõíîñòíûìè äåôåêòàìè, ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà (ÖÃÈÌ). Ñðåäíÿÿ òîëùèíà ïîêðûòèÿ îêîëî 0,1 ìêì.
Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû èçîáðàæåíèÿ ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòè AlN-ïîêðûòèÿ ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ.
Ïðèâåäåííûå èçîáðàæåíèÿ ÿñíî äåìîíñòðèðóþò ïðåèìóùåñòâà ìåòîäà öèôðîâîé ãîëîãðàôè÷åñêîé èíòåðôåðåíöèîííîé ìèêðîñêîïèè. Ïðèìåíåíèå ÖÃÈÌ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü õàðàêòåð äåôåêòà (âûïóêëîñòü èëè âîãíóòîñòü) è èçìåðèòü ðàçìåðû äåôåêòîâ. Òàê, øèðèíà äåôåêòà â âèäå öàðàïèíû íà ðèñ. 1 ñîñòàâëÿåò îêîëî 2 ìêì, à ãëóáèíà îêîëî 0,1 ìêì. Òî åñòü ýòî äåôåêò ïîêðûòèÿ, à íå ïîäëîæêè. Èçîáðàæåíèå íà ðèñ. 2 ïîêàçûâàåò, ÷òî ïîâåðõíîñòíûé äåôåêò âûïóêëûé, ìàêñèìàëüíàÿ âûñîòà äåôåêòà îêîëî 0,7 ìêì. Íà ïîëó÷åííûõ èçîáðàæåíèÿõ (ðèñ. 1 è 2) âèäíî, ÷òî çà èñêëþ÷åíèåì ìåñò ëîêàëèçàöèè äåôåêòîâ ïîâåðõíîñòü ïîêðûòèÿ ðîâíàÿ è îäíîðîäíàÿ.
Ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ íà ïîëó÷åííîì èçîáðàæåíèè (ðèñ. 3) âèäíî, ÷òî íà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ îáðàçîâàëèñü áîëåå ñóùåñòâåííûå äåôåêòû – òðåùèíû. Èçìåðåííàÿ ãëóáèíà ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 3 òðåùèíû ñîñòàâëÿåò îêîëî 0,8 ìêì. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî òðåùèíà ïðîõîäèò íå òîëüêî ÷åðåç òîëùèíó ïîêðûòèÿ, íî è ÷åðåç ïîäëîæêó.  äàííîì ñëó÷àå ïîêðûòèå íå ñìîãëî çàùèòèòü ïîäëîæêó îò âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ. Âèäíî, ÷òî ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ ïðîèçîøëè èçìåíåíèÿ ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ è âíå ìåñò ëîêàëèçàöèè òðåùèí. Âñÿ ïîâåðõíîñòü ïîêðûòèÿ ñòàëà ìîðùèíèñòîé è íåðîâíîé.
Âûâîäû
 äàííîé ðàáîòå ïðèâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû ïðèìåíåíèÿ öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà (ÖÃÈÌ) äëÿ èññëå-
42
ìêì
ìêì
Ðèñ. 1. Èçîáðàæåíèå ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòèAlN-ïîêðûòèÿ ñ ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì, ïîëó÷åííîå ñ ïîìîùüþ öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà (ÖÃÈÌ). Ñðåäíÿÿ òîëùèíà ïîêðûòèÿ îêîëî 0,1 ìêì.
ìêì
ìêì ìêì
Ðèñ. 2. Èçîáðàæåíèå ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòè AlN-ïîêðûòèÿ ñ ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì, ïîëó÷åííîå ñ ïîìîùüþ ÖÃÈÌ. Ñðåäíÿÿ òîëùèíà ïîêðûòèÿ îêîëî 0,1 ìêì.
ìêì
ìêì
ìêì ìêì
Ðèñ. 3. Èçîáðàæåíèå ôðàãìåíòà ïîâåðõíîñòèAlN-ïîêðûòèÿ ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ, ïîëó÷åííîå ñ ïîìîùüþ ÖÃÈÌ. Ñðåäíÿÿ òîëùèíà ïîêðûòèÿ îêîëî 0,1 ìêì.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
äîâàíèÿ òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê ñ òîëùèíàìè ìåíüøå äëèíû âîëíû âèäèìîãî ñâåòà íà ïðîçðà÷íûõ ïîäëîæêàõ.  êà÷åñòâå ïëåíîê èñïîëüçîâàíû AlNïîêðûòèÿ íà àêðèëîâûõ ïîäëîæêàõ, êîòîðûå ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ äëÿ çàùèòû èçäåëèé èç àêðèëà îò âîçäåéñòâèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû. Èññëåäîâàíû ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû, èìåþùèåñÿ íà ïîêðûòèÿõ è âîçíèêàþùèå ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ÓÔ èçëó÷åíèÿ. Ïðèâåäåííûå ðåçóëüòàòû ïîäòâåðæäàþò ýôôåêòèâíîñòü ïðèìåíåíèÿ öèôðîâîãî ãîëîãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà ÖÃÈÌ äëÿ ïîäîáíûõ èññëåäîâàíèé. ÖÃÈÌ ïîçâîëÿåò íå òîëüêî ïîëó÷àòü òðåõìåðíûå èçîáðàæåíèÿ òîíêèõ ïðîçðà÷íûõ ïëåíîê, íî è ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ (òîëùèíû ïëåíîê, òðåõìåðíûå ðàçìåðû äåôåêòîâ).
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü Íàöèîíàëüíîìó íàó÷íîìó öåíòðó “Õàðüêîâñêèé ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé
èíñòèòóò” â ëèöå ñîòðóäíèêîâ Þ.À. Çàäíåïðîâñêîãî è À.Ñ. Êóïðèíà çà ïðåäîñòàâëåííûå îáðàçöû ïëåíîê.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Òèøêî Ò.Â., Òèòàðü Â.Ï., Òèøêî Ä.Í. Ãîëîãðàôè÷åñêèå ìåòîäû òðåõìåðíîé âèçóàëèçàöèè ôàçîâûõ ìèêðîîáúåêòîâ // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2005. Ò. 72. ¹ 2. Ñ. 48– 55.
12. Íîâèöêèé Â.Â., Ðÿçàíöåâà Í.Â., Ñòåïîâàÿ Å.À., Øåâöîâà Í.Ì., Ìèëëåð À.À., Çàéöåâ Á.Í., Òèøêî Ò.Â., Òèòàðü Â.Ï., Òèøêî Ä.Í. Òåîðèÿ è ïðàêòèêà ìèêðîñêîïèè ýðèòðîöèòà. Òîìñê: Ïå÷àòíàÿ ìàíóôàêòóðà, 2008. 147 ñ.
13. Aksenov I.I., Khorosikh V.M. , Lamino N.S., Ovcharenko V.D., Zadneprovskyi Yu. A Transformation of axial vacuum arc plasma flows into radial stream and their use in coating deposition // IEEE. Transaction on Plasma Science. 1999. V. 27. ¹ 4. P. 1026.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
43