فناوری نانو – ارزیابی ضخامت، چگالی و پهنای فصل مشترک نانوفیلمهای تک و چندلایه به وسیله بازتاب سنجی پرتوی ایکس (XRR) – روش آزمون
"Nanotechnologies— Assessment of thickness, density and interface width of single-and multi-layer nanofilms by X-ray reflectometry (XRR)— Test method"
شماره:
۲۲۷۸۱
سال انتشار:
1399
بازتاب سنجی پرتو ایکس (X) به طور گسترده برای اندازه گیری ضخامت، چگالی و پهنای فصل مشترک نانوفیلمهای تک لایه یا چندلایه با ضخامت پوشش بین تقریبا mm ۱ تا µm ۱ روی زیرلایه، به کار برده میشود. در این روش ضروری است تجهیزات و طول موج پرتوی ایکس مناسب و سازگار با لایه مورد بررسی انتخاب شوند نمونه باید به صورت کاملاً افقی در معرض تابش باریکه پرتو ایکس قرار گیرد. در روشهای آنالیز شیمیایی سطحی معمول ضخامت نمونه به وسیله اطلاعات مقدار ماده و توابع تبدیل، تخمین زده میشود ولی سامانه XRR قابلیت اندازهگیری ضخامت در محدوده نانومتر را مستقیماً فراهم میکند. روش XRR یک روش توانمند برای اندازهگیری نانو فیلمهای نازک با قابلیت ردیابی در سامانه SI است. اندازه گیریها ممکن است با پیکربندیهای ساده مانند ابزارهای آزمایشگاهی تا پیکربندیهای پیچیده مانند بازتاب سنجهای با خطوط باریکه تابش سنکروترونی یا سامانههای خودکار مورد استفاده در صنعت، انجام شود.
توصیه میشود حین جمعآوری دادهها به ناپایداری فیزیکی و شیمیایی احتمالی لایهها توجه ویژهای شود. عدم توجه به این موضوع میتواند سبب کاهش قابل توجه دقت نتایج اندازهگیری شود. از آنجا که XRR در یک طول موج مشخص عمل میکند اطلاعات شیمیایی در مورد لایهها را فراهم نمیکند. با توجه به توانمندی این روش تدوین استانداردی جهت ارائه الزامات عملکردی این روش و بررسی مطالعات موردی ضروری است. استاندارد حاضر به این مهم خواهد پرداخت.
الزامات کلیدی مربوط به تجهیزات مناسب برای جمع آوری داده بازتابندگی آینهای با کیفیت بالا در بند ۳ توضیح داده میشود. الزامات مربوط به هم محورسازی نمونه و موقعیت یابی به گونهای که اندازه گیریهای مفید و درستی حاصل شوند. نیز در این بند ارائه میشود. موضوعات کلیدی مربوط به جمع آوری داده مربوط به بازتابندگی پرتوی ایکس با کیفیت بالا و مناسب برای پردازش و مدل سازی دادههای مربوط به آزمونه، در بند ۴ توضیح داده میشود. در روشهای قدیمی، جمع آوری داده به صورت سنتی با انجام اندازه گیریهای منفرد با ورود مستقیم داده توسط کاربر هدایت میشد ولی، به تازگی غالباً دادهها به وسیله فرمان دادن به ابزارها با اجراهای چندگانه جمعآوری میشوند. علاوه بر حالت کاربر محور میتوان داده را با استفاده از دستورات خودکار به وسیله برنامه نرمافزاری کنترل کننده ابزار موجود، جمع آوری کرد. در بند ۵ این استاندارد، اصول آنالیز داده XRR با بازتاب آینهای به منظور دستیابی به اطلاعات فیزیکی ماده در مورد آزمونه ارائه میشود در حالی که برازش XRR با بازتاب آینهای میتواند فرایندی پیچیده باشد، ساده کردن پیادهسازی با تضمین کیفیت و حفظ شفافیت عملکرد برای کاربر امکانپذیر است. بستههای نرمافزاری بسیاری وجود دارند که برای شبیه سازی و برازش داده XRR مناسب هستند.
توصیف جزئیات نظریهها و الگوریتمها هدف این استاندارد نیست. اطلاعات مورد نیاز هنگام گزارش دهی آزمونهای XRR در بند ۶ فهرست شده است مروری اجمالی برای راههای ممکن جهت ارائه داده و نتایج XRR معرفی شده است و در صورت وجود چند راه انتخاب ارجح مشخص شده است.
این استاندارد روش آزمونی برای انجام اندازه گیریها و آنالیز XRR است. لازم به ذکر است که در پیوست الف نکات ایمنی کار با تجهیزات پرتوی ایکس بر اساس استاندارد ارائه میشود. در پیوست به نمونه گزارش برای ویفر اکسی نیترید سیلیکون بررسی شده است.
در پایان، مطالعه موردی راجع به مشخصه یابی بازتابندگی پرتوی ایکس از رسوب نانو لایه اتمی Al2O3TiO2 دولایهای تکرار شونده ناتولمینیت بسیار نازک در پیوست ت ارائه میشود.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین روشی برای ارزیابی ضخامت چگالی و پهنای فصل مشترک نانو فیلمهای تک لایهای و چندلایهای است. این ارزیابی در لایههایی با ضخامت بین تقریباً nm ۱ تا µm ۱ روی زیرلایه صاف به وسیله دستگاههای بازتاب سنجی پرتوی ایکس (XRR) انجام میشود.
شماره استاندارد ملی ایران:
۲۲۷۸۱
سال انتشار:
1399
فناوری نانو – ارزیابی ضخامت، چگالی و پهنای فصل مشترک نانوفیلمهای تک و چندلایه به وسیله بازتاب سنجی پرتوی ایکس (XRR) – روش آزمون
"Nanotechnologies— Assessment of thickness, density and interface width of single-and multi-layer nanofilms by X-ray reflectometry (XRR)— Test method"
بازتاب سنجی پرتو ایکس (X) به طور گسترده برای اندازه گیری ضخامت، چگالی و پهنای فصل مشترک نانوفیلمهای تک لایه یا چندلایه با ضخامت پوشش بین تقریبا mm ۱ تا µm ۱ روی زیرلایه، به کار برده میشود. در این روش ضروری است تجهیزات و طول موج پرتوی ایکس مناسب و سازگار با لایه مورد بررسی انتخاب شوند نمونه باید به صورت کاملاً افقی در معرض تابش باریکه پرتو ایکس قرار گیرد. در روشهای آنالیز شیمیایی سطحی معمول ضخامت نمونه به وسیله اطلاعات مقدار ماده و توابع تبدیل، تخمین زده میشود ولی سامانه XRR قابلیت اندازهگیری ضخامت در محدوده نانومتر را مستقیماً فراهم میکند. روش XRR یک روش توانمند برای اندازهگیری نانو فیلمهای نازک با قابلیت ردیابی در سامانه SI است. اندازه گیریها ممکن است با پیکربندیهای ساده مانند ابزارهای آزمایشگاهی تا پیکربندیهای پیچیده مانند بازتاب سنجهای با خطوط باریکه تابش سنکروترونی یا سامانههای خودکار مورد استفاده در صنعت، انجام شود.
توصیه میشود حین جمعآوری دادهها به ناپایداری فیزیکی و شیمیایی احتمالی لایهها توجه ویژهای شود. عدم توجه به این موضوع میتواند سبب کاهش قابل توجه دقت نتایج اندازهگیری شود. از آنجا که XRR در یک طول موج مشخص عمل میکند اطلاعات شیمیایی در مورد لایهها را فراهم نمیکند. با توجه به توانمندی این روش تدوین استانداردی جهت ارائه الزامات عملکردی این روش و بررسی مطالعات موردی ضروری است. استاندارد حاضر به این مهم خواهد پرداخت.
الزامات کلیدی مربوط به تجهیزات مناسب برای جمع آوری داده بازتابندگی آینهای با کیفیت بالا در بند ۳ توضیح داده میشود. الزامات مربوط به هم محورسازی نمونه و موقعیت یابی به گونهای که اندازه گیریهای مفید و درستی حاصل شوند. نیز در این بند ارائه میشود. موضوعات کلیدی مربوط به جمع آوری داده مربوط به بازتابندگی پرتوی ایکس با کیفیت بالا و مناسب برای پردازش و مدل سازی دادههای مربوط به آزمونه، در بند ۴ توضیح داده میشود. در روشهای قدیمی، جمع آوری داده به صورت سنتی با انجام اندازه گیریهای منفرد با ورود مستقیم داده توسط کاربر هدایت میشد ولی، به تازگی غالباً دادهها به وسیله فرمان دادن به ابزارها با اجراهای چندگانه جمعآوری میشوند. علاوه بر حالت کاربر محور میتوان داده را با استفاده از دستورات خودکار به وسیله برنامه نرمافزاری کنترل کننده ابزار موجود، جمع آوری کرد. در بند ۵ این استاندارد، اصول آنالیز داده XRR با بازتاب آینهای به منظور دستیابی به اطلاعات فیزیکی ماده در مورد آزمونه ارائه میشود در حالی که برازش XRR با بازتاب آینهای میتواند فرایندی پیچیده باشد، ساده کردن پیادهسازی با تضمین کیفیت و حفظ شفافیت عملکرد برای کاربر امکانپذیر است. بستههای نرمافزاری بسیاری وجود دارند که برای شبیه سازی و برازش داده XRR مناسب هستند.
توصیف جزئیات نظریهها و الگوریتمها هدف این استاندارد نیست. اطلاعات مورد نیاز هنگام گزارش دهی آزمونهای XRR در بند ۶ فهرست شده است مروری اجمالی برای راههای ممکن جهت ارائه داده و نتایج XRR معرفی شده است و در صورت وجود چند راه انتخاب ارجح مشخص شده است.
این استاندارد روش آزمونی برای انجام اندازه گیریها و آنالیز XRR است. لازم به ذکر است که در پیوست الف نکات ایمنی کار با تجهیزات پرتوی ایکس بر اساس استاندارد ارائه میشود. در پیوست به نمونه گزارش برای ویفر اکسی نیترید سیلیکون بررسی شده است.
در پایان، مطالعه موردی راجع به مشخصه یابی بازتابندگی پرتوی ایکس از رسوب نانو لایه اتمی Al2O3TiO2 دولایهای تکرار شونده ناتولمینیت بسیار نازک در پیوست ت ارائه میشود.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین روشی برای ارزیابی ضخامت چگالی و پهنای فصل مشترک نانو فیلمهای تک لایهای و چندلایهای است. این ارزیابی در لایههایی با ضخامت بین تقریباً nm ۱ تا µm ۱ روی زیرلایه صاف به وسیله دستگاههای بازتاب سنجی پرتوی ایکس (XRR) انجام میشود.