Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ФАКУЛЬТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ И КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
КАФЕДРА НАНОМЕТРОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛОВ
УДК 53.086
ОТЧЁТ ПО НИР
на тему:
ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ
РЕЛЬЕФНЫХ
СТРУКТУР НА ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО
КРЕМНИЯ
Долгопрудный 2014
1
СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
Руководитель темы,
к.ф.-м.н.
____________________________ С.А. Зайцев
подпись, дата
Исполнители темы
____________________________ Д.В. Додонов
подпись, дата
____________________________ А.А. Сапегин
подпись, дата
____________________________ А.А. Елисеев
подпись, дата
____________________________ А.А. Калмыков
подпись, дата
2
Реферат
Отчет 13 с., 1 ч., 11 рис.
МЕТОД
ТЁМНОГО
ПОЛЯ,
МЕТОД
СВЕТЛОГО
ПОЛЯ,
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННО-КОНТРАСТНАЯ МИКРОСКОПИЯ, ШАГОВЫЕ РЕЛЬЕФНЫЕ
СТРУКТУРЫ, РАЗРЕШЕНИЕ ПО РЕЛЕЮ, ШАГ И СКВАЖНОСТЬ СТРУКТУРЫ.
Объектом
исследования
являются
периодические
рельефные
структуры,
сформированные на поверхности пластины монокристаллического кремния методом
анизотропного травления..
Цель работы— изучение методов работы оптического микроскопа, получение
навыков анализа и обработки данных,
измерение периода и скважности кремниевых
структур, определение максимального разрешения микроскопа в различных режимах
работы, определение распределения частиц загрязнения по их размеру.
В работе использовался микроскоп Olympus BX51M, с помощью которого были
получены снимки исследуемых периодических структур.
В результате работы были измерены шаг и скважность структур, получено
распределение частиц загрязнения по их размеру, а также произвелась оценка
погрешности и максимального разрешения микроскопа в разных режимах работы.
3
Содержание
Обозначения .....................................................................................................5 стр.
Основная часть ..................................................................................................6 стр.
Выводы ..............................................................................................................13 стр.
4
Обозначения и сокращения
BF – bright field, светлое поле.
DF – dark field, темное поле.
DIC – ДИК, дифференциальный интерференционный контраст.
UV-фильтр – ультрафиолетовый фильтр.
5
Основная часть
1. Оборудование
В работе использовался микроскоп Olympus BX51M (Рисунок 1), оснащённый
цифровой камерой, позволяющей делать снимки исследуемых образцов. Прибор
позволяет изучать образцы методом DF, BF и с использованием DIC. Микроскоп оснащен
объективами с увеличением 5х, 10х, 20х, 50х, 100х и окуляром – 10х; т.е. максимальное
увеличение микроскопа – 1000х.
Рисунок 1 – Микроскоп Olympus BX51M
6
2. Исследуемый образец
В работе исследуются периодические рельефные структуры, сформированные
на поверхности пластины монокристаллического кремния методом анизотропного
травления.
3. Методика определения параметров структуры
Для анализа изображений использовал программу ImageJ 1.45s. Сначала,
фотографии поворачивал на 1.7 градусов против часовой стрелки и убирал насыщенность
цветов (переход в чёрно-белый режим) для удобства дальнейшего анализа. Затем,
используя функцию Surface Plot, строил зависимость уровня яркости за вычетом среднего
значения от пикселей вдоль произвольного горизонтального отрезка (Рисунок 2.). Шаг T
(Рисунок 3) определил как расстояние в пикселях между N максимумами, делённое на N1. Параметр b рассчитал следующим образом: измерил среднее значение подряд
следующих пикселей с положительным значением яркости. Скважность получил, как
отношение T к b. Погрешность одного измерения считалась равной √2/2 пикселей.
Результирующая погрешность рассчитывалась каждый раз индивидуально. Для получения
соотношения между пикселями и реальными размерам, измерил в пикселях риску
известной длины (5 мкм). Получил, что 1 пиксель соответствует 34.5 ± 0.2 нм.
Рисунок 2 – Зависимость яркости от координаты
7
Рисунок 3 – Схематическое изображение исследуемой структуры
4. Режим BF
Максимально допустимое разрешение (по Релею) не было достигнуто. Структура
видна отчётливо как с UV-фильтром, так и без него (Рисунок 4, 5 и 6).
Рисунок 4 – Увеличенные части рисунков 5 и 6.
Шаг и скважность определил согласно методике (Пункт 3):
T=491±3 нм, b= 250±12 нм, скважность 1.96±0.09.
8
Рисунок 5 – Структура в режиме BF без UV-фильтра
Рисунок 6 – Структура в режиме BF с UV-фильтром
9
6. Режим DF
Те же структуры были получены в режиме DF.
Структура получилась едва
заметной (Рисунок 7 и 8), т.е. мы достигли максимального разрешения, порядка 500 нм.
Рисунок 7 – Структура в режиме DF
Рисунок 8 – увеличенная часть рисунка 7
Также было определено распределение числа частиц загрязнения по размеру
(Рисунок 9 и 10). Для этого применялся инструмент Analyze Particles в программе ImageJ.
10
: 100
Рисунок 9 – Гистограмма распределения по размерам частиц
Рисунок 10 – Частицы загрязнения
11
7. DIC изображение
Сделал DIC изображение. Максимально допустимое разрешение (по Релею) не
было достигнуто (Рисунок 11).
Шаг и скважность определил согласно методике (Пункт 3):
T=491±3 нм, b= 255±11 нм, скважность 1.92±0.09.
Рисунок 11 – DIC режим
12
Выводы:
В ходе работы были:
1. Изучены режимы работы оптического микроскопа;
2. Получены навыки работы с микроскопом Olympus BX51M;
3. Оценено максимальное разрешение микроскопа в режиме DF (500 нм);
4. Получен шаг и скважность изучаемых структур в различных режимах:
BF: T = 491±3 нм, Skv = 1.96±0.09
DIC: T = 491±3 нм, Skv = 1.92±0.09
5. Получено распределение числа частиц загрязнения на свободном участке
поверхности.
13
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв