Способ измерения спектрального показателя поглощения

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПОГЛАЩЕНИЯ путем помещения исследуемой среды между поверхностями отражения с коэффициентами отражения ρ<SB POS="POST">1</SB>(Λ) и ρ<SB POS="POST">2</SB>(Λ), измерения интенсивности излучения, отраженного от поверхности отражения с коэффициентом отражения ρ<SB POS="POST">1</SB>(Λ) без среды, облучение объекта и измерение интенсивности излучения, отраженного от поверхности с коэффициентом отражения *)(P<SB POS="POST">1</SB>(Λ), прошедшего через среду, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно измеряют интенсивности отраженного излучения от отражающих поверхностей с коэффициентом отражения ρ<SB POS="POST">2</SB>(Λ), расположенной перед средой и изменяют регистрируемые сигналы путем масштабирования в К<SB POS="POST">1</SB> и К<SB POS="POST">2</SB> раз сигналов, соответствующих измеренным интенсивностям излучения отраженного от поверхности отражения без среды и со средой в пределах квазилинейногых участков передаточной характеристики измерительного преобразования и определяют величину спектрального показателя поглощения Α(Λ) по формуле @ , где 98DP<SB POS="POST">1</SB>=Y<SB POS="POST">3</SB>-Y<SB POS="POST">1</SB>

ΔP<SB POS="POST">2</SB>-=Y<SB POS="POST">4</SB>-Y<SB POS="POST">1</SB>, Y<SB POS="POST">3</SB>,Y<SB POS="POST">4</SB>- сигналы, соответствующие интенсивностям излучения, отраженным от поверхности без среды с различными коэффициентами преобразования К<SB POS="POST">1</SB> и К<SB POS="POST">2</SB> соответственно

Y<SB POS="POST">4</SB>,Y<SB POS="POST">1</SB> - сигналы, соответстующие интенсивностям излучения, отраженным от поверхности со средой с различными коэффициентами преобразования К<SB POS="POST">1</SB> и К<SB POS="POST">2</SB> соответственно.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 (: 01 N 21/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3809399/24-25 (22) 13.11.84 (46) 30. 10.89. Ьюл. ° 40 (72) В.Р,.Таран, 11.А.Скрипник, Г.И.Гаврилюк и Р.И.Годотовка (53) 535.43(088.8) (56) Иирошников г1.П. Теоретические основы оптико-электронных приборов.

Л.: 1ашиностроение, 1983, с. 229-230.

Аналитическая лазерная спектроскопия. /Под ред. Н.Оменетто, И.:

Мир, 1982, с. 549-552. (54)(57) СПОСОБ ИЗИЕРЕИИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПОГЛО! )ЕНИЯ путем помещения исследуемой среды между поверхностями отражения с коэффициентами отражения у,(Л) и Р (Л), измерения интенсивности излучения, отраженного от поверхности отражения с коэффициентом отражения p,(Л) без среды, облучение объекта и измерение интенсивности излучения, отраженного от поверхности с коэффициентом отражения Р,(3), прошедшего через среду, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности. измерения, дополнительно измеряют интенсивности отраженного излучения от отражающих поверхносИзоЬретение относится к физике и может найти применение при оптических и квазиоптических исследованиях химических и физических свойств веществ.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

„„SU„„1518734 А 1

2 тей с коэффициентом отражения g (p ), расположенной перед средой и изменяют регистрируемые сигналы путем масштабирования в К, и К раз сигналов, соответствующих измеренным интенсивностям излучения отраженного от поверхности отражения без среды и со средой в пределах квазилинейных участков передаточной характеристики измерительного преобразования и определяют величину спектрального показателя поглощения Ы (Я) по формуле

a((h) - - †-1n

О 434

1 где 4Р, = Y Y Р =У - Y

Y „Y 4 - си г налы, соот вет ст вующие интенсивностям излучения, отраженным от поверхности беэ среды с различными коэффициентами преобразова- ф ния К, и К соответственно1

Yq, Y, - сигналы, соответствующие интенсивностям излучения, отраженным от поверхности со средой с различными коэффициентами преобразования К, и V. соответственно °

На Фиг.1 изоЬражено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг.2 — график нормированной передаточной характеристики.

Устройство для определения спектрального показателя поглощения со1518734 держит лазер 1, управляемый ослабитель 2 (peI.елевского типа с коэффициентом ослабления порядка 1О дБ или поглощающего типа с коэффициентом ослабления порядка 20 дБ), зеркало 3, пог упрозоачную пластину 4, обтюратор

5, исследуемую полупроводниковую пластину 6 с эпитаксиальным слоем толщиной L, предметный подвижной 1О стол 7, микроЭРМ 8, состоящий из аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

9, микропроцессора (МП) 10 и цифроаналогового преобразователя 11, электродвигатель 12, устройство 13 линей- 15 ного перемещения стола 7 и цифровой индикатор 14.

Способ осуществляют следующим образом, Первоначально ориентированно раз- 2р мещают исследуемую среду (полупроводниковую пластину 6) между поверхностями отражения, первая из которых,, расположенная перед средой и выполняющая функции обтюратора 5, характе- 25 ризуется спектральным показателем стра>кения р,(л), а вторая, расположенная неподвижно за средой, — спектральным показателем отражения Г,,(Э) ° При этом исследуемая волновая протяженность среды L располагается вдоль направления падающего на среду зондирующего излучения от лазера 1.

Затем масштабируют (т.е. преобразовывают) интенсивность I„ монохрома-

35 тического потока источника зондирую-, щего излучения до ее величины (R,I,) при коэффициенте масштабного преобразования R, После чего перекрывают оптический канал поверхностью отражения обтюратора 5, фиксируют функциональным измерительным преобразователем интенсивность I, части потока зондирующего излучения, отраженной от поверхности 4> обтюратора 5, и получают на выходе этого преобразователя первый резуль-, тат прямого измерения в виде выходного (аналогового или цифрового) сигнала У» характеризуемого нелинейной асичитотической зависимостью

Y-К,(I,) +л,,=К,Г1,т, y„()3 +

+(а„,+ (t )3, (1) где К - приведенный к входу измерительного преобразователя нормирован55 ный ко=., >1ициент преобразования, п „показатель нелинейности нормированHVé ПЕРЕ,.-;атечНОй капа КтЕРИСтИКИ ИЗМЕр| тельно-о преобразователя в момент измерения, 4, - приведенная к выходу измерительного преобразователя аддитивная погрешность преобразования, характеризуемая (в момент времени с, прямого измерения) коррелированной Б „, и некоррелированной

Л „,(,) составляющими.

Далее открывают обтюратор 5, пропускают поток масштабированного падающего зондирующего излучения (интенсивностью К,Т ) через исследуемую среду, вдоль ее протяженности L ° зеркально отражают от поверхности, расположенной за средой, ингредиент потока зондирующего излучения, прошедший в прямом направлении среду, повторно (в обратном направлении) пропускают этот ингредиент через среду, вдоль ее протяженности L, фиксируют функциональным измерительным преобразователем интенсивность ?, ингредиента и получают на выходе этого

v,3èåðèòåëüHîão преобразователя второй результат прямого измерения в виде выходного сигнала Y, характеризуемого нелинейной асимитотической зависимостью

Y". - К,,(Т,) + с1,„= К,(К,?, Г(1) х. х р, (Л);()3" +ГЬ., + а„(,)1 (г) где К, - приведенный к входу измерительного преобразователя нормированный коэффициент преобразования, Л q- приведенная к выходу измерительного преобразователя аддитивная погрешность преобразования, характеризуемая (в момент времени t ) коррелированной D „ и некоррелированной

Ь

D (, ) С о с т а в л я ющ и м и, (3 ) ральное пропускание средой ингреди-. ента потока зондирующего излучения.

Затем повторно перекрывают оптический канал поверхностью отражения обтюратора.

После чего изменяют коэффициент К, масштабного преобразования до его величины К, масштабируют.интенсивность

I потока источника зондирующего излучения до ее величины (1; 1,), перестраивают этим фиксируемую преобразователем интенсивность I„ до ее значения Хз и получают на выходе этого преобразователя третий результат прямого измерения в виде выходного сиг.нала I3, характеризуемого нелинейной асимптотической зависимостью з К.() + " К "- ()) + (ь „+ Ъ . (t,)1, (3) 5 15187 где K, - приведенный к входу измери- тельного преобразователя нормированный коэффициент преобразования, приведенная к выходу измерительного преобразователя аддитивная погрешность преобразования, характеризуемая (в момент времени t ) коррелированной л „ и некоррелированной д составляющими. 1О

Обтюратор открывают. Затем изменяют коэффициент К масштабного преобразования до его величины К, масштабируют интенсивность I, потока источника зондирующего излучения до ее величины (К I,}, перестраивают этим фиксируемую преобразователем интенсивность Iz no ee значения 1, и получают на выходе этого преобразователя четвертый результат прямого иэ- 20 мерения в виде выходного сигнала У4, характеризуемого нелинейной асимптотической зависимостью

KIACK о (Л) P (h) 25 ч4 ч4 а также отношение этих разностей д,/ 4 > иэ которого характеризуют спектральное пропускание (Л) исслеЗр дуемой среды асимптотическим соотношением

: (Л ) Г - - (— )"- х - "- а, 1--к,/к, к " р,(л) + A(t>)5 (11) 3S где некоррелированная составляющая остаточной погрешности

„-() Ь14чЙ Ы2 y it 21 i I viitg2 - vgitg2 а, K,р (Л}(К вЂ” K,) . (12) 0 434

А (Л) — — -1

L где К - приведенный к выходу измерительного преобразователя нормированный коэффициент преобразования, Лч, - приведенная к выходу измерительного преобразователя аддитивная погрешность преобразования, характеризуемая (в момент времени t ) коррелированной Ь ч и некоррелированной д 4(4g) составляющими

Затем подставляют соотношение (11) в известную зависимость

0 434 Ф.(Л) 0 434

J (Л) = - - — 1n — — — = - - — х ф (Л} L х 1n — --, л (Л) ° где Г(Л) - спектральное пропускание средой потока, падающего Ф,(Л) зондирующего излучения, Ф (Л) - световой поток прошедший через среду, и получают итоговое асимптотическое выражение показателя поглощения

34 6

" После чего принимают, что изменения К и К, коэффициента масштабного преобразования К,, обеспечивают перестраивания первоначально фиксируемых интенсивностей I u I до их значений соответственно I3 и I в пределах кваэилинейных участков д 1 3 1 и 2 1 @ 1 °

<Ь характеризуемых равенствами соответственно (6)

К - К ю чт- Л,„в (7) а также условием

Ion 1 In, - 1I <1. (8) далее определяют разности (5) результатов прямых измерений интенсивностей потока зондирующего излучения, а именно ф;К, Io р, (Л ) (К вЂ” K > ) + C v> (t g)

-Лч (й)) и (9)

4 К2?р 7 (Л)Я2(Л) (КЯ К1)

+(i „«.) — Ъ„,(е,)7 (1О) при условии, что некоррелированная составляющая (12) исчезающе мала и ею можно пренебречь.

Для реализации указанной зависимости в устройстве (фиг. 1) первона» чально вводят в оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ) !1П 1О алгоритм последовательности прохождения команд измерительных операций и алгоритм 13 определения искомого параметра а((Л), а также нормированную передаточную характеристику (фиг.2) и постоянные величины Т., р,(Л) и р (Л).

После чего устанавливают полупроводниковую пластину 6, с исследуемым (допустим эпитаксиальным) слоем толщиной L, на предметный стол 7.

1518734

Далее по команде микроЭВМ 8 включают лазер 1, устанавливают начальное ослабление К, ослабителя 2, значение которого вводят в ОЗУ, перемещают устройством 13 пластину 6 на столе 7 в исходное координатное состояние, вращением электродвигателя 12 перекрывают обтюратором 5 световой канал.

Затем фиксируют ОЗУ МП 10 выходной сигнал (1) АЦП 9 и вычисляют с помощью МП 10 нормированный коэффициент преобразования К, в момент Фиксирования сигнала (1), значение которого также фиксируют в ОЗУ МП 10.

После чего вращением электродвигателя 12 по команде микроЭВМ 8 устанавливают обтюратор 5 в положение, показанное на Фиг.l.

Далее фиксируют ОЯУ МП 10 выход-ной сигнал (2) ЛЦП 9 и вычисляют, с помощью МП 10, нормированный коэффициент преобразования К д в момент фиксирования этого сигнала, значение которого также фиксируют в ОЭУ ИП 10 °

Затем по команде микроЭВМ 8 вращением электродвигателя 12 перекрывают обтюратором 5 световой канал.

После чего по команде микроЭВМ 8 изменяют начальное ослабление К, ослабителя 2 до его величины К1 в пределах выполнения первого равенства (6), которое контролируется непрерывными вычислениями tN 10 изменяющегося нормированного коэффициента преобразования К, до его величины К .

Pàëåå фиксируют ОЗУ МП 10 выходной сигнал (3) и вводят в это ОЗУ второе значение Y. ослабления ослабителя 2 в момент выполнения первого равенства (6).

Затем вращением электродвигателя

12, по команде микроЭВМ устанавливают обтюратор 5 в положение, показанное на фиг.l ° После чего по команде микроЭВМ 8 изменяют ослабление К ослабителя 2 до его величины

К, в пределах выполнения первого равенства (7), которое контролируется непрерывными вычислениями Mll 10 изменяющегося нормированного коэффици5

30 г

50 ента преобразования до его величиHbl К, Далее Фиксируют ОЗУ МП 10 выходной сигнал (4) и вводят в это РЗУ третье значение Кд ослабления ослабителя 2 в момент выполнения первого равенства (7).

Затем МП 10 вычисляет искомый параметр (1) по алгоритму (13), введенному в его ОЗУ, используя промежуточные соотношения (5).

После чего по команде микроЭВМ 8, индицируется на индикаторе 14 результат определения спектрального пока- зателя поглощения эпитаксиального слоя полупроводниковой пластины 6 в ее начальном координатном состоянии.

Далее по команде микроЭВМ 8 перемещают (при необходимости) устройством 13 пластину 6 на столе 7 во второе координатное состояние.

После чего по команде микроЭВМ 8 устанавливают начальное ослабление К,, ослабителя 2, вращением электродвигателя 12 перекрывают обтюратором 5 световой канал, повторяют процесс определения спектрального показателя поглощения.

Применение микроЭВМ 8 в управлении процессом определения спектрального показателя поглощения позволяет интегрировать результаты этих определений по всему эпитаксиальному слою пластины 6. При этом целесообразно применять, в частности, МР 1О с разрядностью не менее 8 бит, что позволяет обеспечить погрешность ком" мутации информационных связей в микроЭВМ 8 на уровне не более 0,8, так как уже при разрядности около 4 бит указанная выше погрешность повышается до величины около 12, 53.

Квазилинейные вариации рабочей точки на нормированной передаточной характеристике (Фиг.2) должны совершаться в пределах чувствительности

ЛЦП 9, обеспечивающейся не менее чеМ двухкратным превышением сигнала над фоном, когда разница в интенсивностях световых потоков составляет ориентировочно не менее 10 .

1518734

1518734

Соста ви тел ь В. Дорофее в

Техред Л.Сердюкова Корректор О.Ципле

Тираж 789 Подписное

Редактор С.Титова

Гаказ 6601/4 ) ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г.Ужгород, ул.Гагарина, 101