Inhaltsverzeichnis
Werbung
8.1 Grundlagen
Das Quarz-Aufdampfüberwachungsgerät -Quarz Crystal Monitor- oder QCM -
nutzt den Piezoeffekt eines Überwachungsquarzes bei einer Änderung seiner
Masse. Das QCM nutzt diese Massenabhängigkeit zur Regelung der Aufdampfrate
und zur Bestimmung der endgültigen Schichtdicke in einem
Vakuumaufdampfprozess. Legt man an die beiden Flächen eines entsprechend
geformten Piezoquarzes eine Spannung an, verändert sich daraufhin die
Geometrie des Quarzes proportional zur angelegten Spannung. Bei bestimmten
Frequenzwerten der angelegten Spannung ergibt sich eine sehr scharf
ausgeprägte elektromechanische Resonanz. Wird nun die Masse auf einer Seite
des auf einer Resonanzfrequenz schwingenden Quarzes erhöht, reduziert sich die
Frequenz dieser Resonanz. Diese Frequenzänderung ist in hohem Maße
reproduzierbar, und für bestimmte Schwingungsmoden des Quarzes ist der
Vorgang wissenschaftlich gut verstanden. Dieses heuristisch leicht zu verstehende
Phänomen stellt die Grundlage für ein unverzichtbares Mess- und
Prozessüberwachungsgerät dar, welches leicht in der Lage ist, angelagertes
Fremdmaterial mit einer Schichtdicke von weniger als einem Atom festzustellen.
Ende der fünfziger Jahre stellten Sauerbrey
Frequenzänderung des Quarzes, F = F
zusätzlicher Schicht und F
von der hinzugefügten Masse M
M
f
-------
=
M
q
wobei M
Substitutionen gelangt man zu der Gleichung, die von den ersten
„Frequenzmessgeräten" verwendet wurde:
K
T
=
--------------- -
f
wobei die Schichtdicke T
umgekehrt proportional zur Schichtdicke d
(=2,649 g/cm
1.G. Z. Sauerbrey, Phys. Verhand .8, 193 (1957)
2.G. Z. Sauerbrey, Z. Phys. 155,206 (1959)
3.P. Lostis, Rev. Opt. 38,1 (1959)
Messtechnik und Regelungstheorie
= Frequenz des Quarzes ohne zusätzliche Schicht)
q
F
-----------
F
q
die Masse des unbeschichteten Quarzes ist. Durch einfache
q
F
d
f
(über K) proportional zur Frequenzänderung F und
f
3
) die Dichte des Quarzes ist und N
XTC/3 Gebrauchsanleitung
1,2
and Lostis
-F
(F
= Frequenz des Quarzes mit
q
c
c
wie folgt abhängt:
f
ist. Die Konstante K = N
f
(=166100 Hz cm) die
at
Kapitel 8
3
fest, dass die
[1]
[2]
2
d
/F
wo d
at
q
q
8 - 1
q
Werbung
Inhaltsverzeichnis
Fehlerbehebung
