El monitor funciona sobre la base consistente en que un oscilador interconstruido de cristal de cuarzo, tiene la característica de cambiar su frecuencia de oscilación conforme cambia su masa.
En la medida en que uno evapora ya sea un metal o carbón sobre el cristal de cuarzo, su masa sube y la frecuencia de oscilación, baja. Este cambio es más o menos lineal y se puede calibrar fácilmente en términos de su frecuencia -vs- espesor del depósito.
Surtimos la unidad con un cordón de alambre para alta temperatura de 6" (152 mm) de longitud. Es importante que el cristal esté eléctricamente tan cerca como sea posible al oscilador externo, para minimizar los efectos de capacitancia. Un cordón más largo implicaría una unidad que no funcione en forma apropiada. Utilizamos un conector de bayoneta (BNC), sellado en forma hermética, únicamente de la más alta calidad que pueda conseguirse con dinero.
Habiendo sido desarrollado en su origen, para mejorar la posibilidad de obtener grosores reproducibles de un recubrimiento, el monitor de cristal de cuarzo para controlar el espesor, trabaja mejor con metales y otras muestras que no son propensas a desprender humedad absorbida (o aún adsorbida) en su superficie. En tanto que se esté emitiendo vapor de humedad, ningún metal se depositará en la muestra, no obstante durante este tiempo, el "cristal" del monitor está siendo recubierto. Por tanto, en este tipo de situación, el espesor que se deposita sobre el cristal no es necesariamente el mismo que se está depositando sobre la muestra.
Para muestras sensibles a la humedad, el uso de los modos de "prueba" ya sea en el "SPI Module Sputter" tanto como en el sistema de recubrimiento de carbón, dará como resultado una reproducibilidad en el espesor del revestimiento, por lo menos tan buena si no mejor, que en el mejor monitor de cristal de cuarzo operando en las mismas circunstancias.
Sin embargo, para semiconductores, película gruesa, y muestras de metal sólido, el monitor de cristal de cuarzo SPI sería una herramienta excelente para incrementar aún más la reproducibilidad del espesor del recubrimiento. El sistema es 'horneable' a por lo menos 105 °C, y no existe una razón real por la cual uno no pudiera subir aún más.
Precisión esperada:
El monitor de espesor, de cristal de cuarzo (QCTM = 'Quartz Crystal Thickness Monitor') despliega la medición del grueso de película con una precisión de 0.1 nm. Su resolución no puede ser más alta que ésta. Las limitaciones prácticas sobre la resolución son muy básicas, porque lo que se está midiendo es el cambio en la masa del cristal y la información se despliega como el cambio en el espesor de una película. En las películas delgadas, uno no "conoce" realmente la densidad de la película; esta suposición, más que ninguna otra cosa, significa que el QCTM proporciona una medición aproximada y que es más apropiado para asegurar que un particular espesor se repita entre corridas, que para la medición real del grueso de la película. La mayoría de estas incertidumbres pueden resolverse, para poder calibrar las mediciones, mediante el seccionado fino, con una cuchilla de diamante, de películas reales sobre un substrato de plástico delgado; pero la incertidumbre de la medición en su totalidad, es de varios décimos de un nanómetro, y no hemos llevado a cabo cálculos rigurosos de la incertidumbre.
Actualización de los datos:
Existe un problema con las actualizaciones ya que vuelven más lenta su exhibición, lo suficiente para que un número particular, sea mostrado el tiempo necesario para que se pueda leer. El parpadeo del último dígito de la pantalla puede resultar incómodo para algunos usuarios. La información de la pantalla se actualiza varias veces por segundo, aún cuando no se vea reflejado en lo que uno ve cuando está mirando la pantalla.
Ajustes de densidad y espesor:
La densidad se puede fijar en cualquier valor entre 0.1 y 99.9 g/cm3. No existe ajuste para la impedancia acústica. El monitor despliega el rango de espesor de 0.1 a 99.9 nm.
El monitor de cristal de cuarzo para controlar espesor, requiere de cristales de cuarzo como artículos consumibles, durante su operación. SPI brinda la más alta calidad de cristales de cuarzo para esta aplicación.
Dimensiones:
Los cristales son redondos de 1/2" (12.5 mm) y con un espesor de 12 mils (305µm/0. 305 mm) al centro. El sistema se envía con un cristal de cuarzo, esto es, el que se utilizó para la prueba final antes de su embarque. Se pueden comprar cristales adicionales de cuarzo identificándolos como SPI #11447-AD (Paquete de 3) o #11447-BA (Paquete de 10).
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