Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
3 h X2
где характеризует радиус кривизны пластины R в
X2
точке с координатой х.
Следует отметить ряд особенностей применения метода голографической интерферометрии для определения остаточных напряжений, связанных с требованиями голографического эксперимента. Прежде всего необходимо создать специальные приспособления для держателей образцов и для травления пленок, исключающие жесткое смещение объекта во время экспозиции и одновременно позволяющие с требуемой точностью убирать и возвращать образцы в исходное положение в оптической схеме. Обычно прямоугольные пластинки приклеивают эпоксидным клеем к металлическим держателям, которые во время полимеризации клея задают необходимое поджатие подложки. Просушенные образцы жестко крепятся в кинематическом устройстве. Такое устройство состоит из двух дисков. Верхний диск имеет запресованные в основание три стальных шара, а нижний — три призматических прорези. Каждый шар касается прорезей в двух точках. Таким образом, верхний диск можно снимать и устанавливать обратно с точностью не менее, чем Я/8 (X — длина волны источника излучения). Это дает возможность исключить появление во время перестановок интерференционных полос, характеризующих смещение объекта, а также проводить какую-либо операцию, в частности, травление пленки вне голо-графической установки.
В целях предохранения диффузной поверхности подложки от попадания травящего раствора (иначе нарушится принцип интерференции сходственных точек, что приводит к ухудшению или полному исчезновению интерференционной картины) используют специальные покрытия, например парафин, или же устройство, позоляющее плавно опускать образцы, находящиеся в горизонтальном положении, до соприкосновения с поверхностью травящего раствора.
117 Специальные требования предъявляют к объекту исследования. Промышленные заготовки, в которых необходимо определять остаточные напряжения, предварительно разрезают на прямоугольные образцы. Оптимальные размеры пластин выбирают экспериментально в зависимости от уровня остаточных напряжений. При этом учитывают следующие требования: соотношение ширины и длины b : I не должно превышать 1:3; необходимо получение наибольшего числа оптически разрешимых полос и обеспечение максимального количества образцов, вырезанных из одной заготовки.
Рассмотренный метод определения остаточных напряжений в пленках дает стабильные результаты. Измерения ог для систем, изготовленных в одинаковых условиях, отличаются не более чем на 5—10%, а точность измерения составляет 5 %.
Определение распределения остаточных напряжений по толщине покрытия. Во многих практических случаях требуется знание характера изменения остаточных напряжений по слоям покрытий. В этих целях также можно применять описанный метод измерения. При удалении слоя покрытия толщиной А, средний уровень остаточных напряжений в нем
EH2 W(X)
CT •»
ЗД JC2
Таким образом определяют средний уровень остаточных напряжений в каждом снятом слое при последовательном послойном травлен:"* покрытия. Построив график зависимости ог от A(z), где Z — координата снимаемого слоя, определяют характер зависимости распределения остаточных напряжений.
В этом методе необходимо проводить дополнительные измерения толщины снимаемого слоя А. Их проводят с помощью интерференционного микроскопа МИИ-4 для непрозрачных покрытий и методом элипсометрии, для прозрачных покрытий.
Чувствительность и точность метода аналогичны предыдущему.
Определение релаксации остаточных напряжений. Релаксацией остаточных напряжений называется процесс изменения напряжений во времени. Он происходит при различных физических воздействиях на систему пленка-подложка, например, нагреве или облучении материала электромагнитным излучением, которые приводят к изменению структуры пленки и подложки, формированию или удалению дефектов. Прогиб образцов при релаксации остаточных напряжений мал, поэтому для его регистрации необходимо применять высокочувствительные методы, такие как метод голографической интерферометрии. Поскольку релаксация остаточных напряжений происходит непрерывно в течение некоторого длительного времени, то необходимо обеспечить также непрерывное определение прогибов образцов. С этой целью используют следующую оптическую схему. Двухплечевой голографический интерферометр объединяет в себе две оптические схемы для регистрации интерферограмм сфокусированных изображений одного и того же объекта. Отраженная от поверхности образца объектная волна разделяется на две посредством прямоугольной зеркальной призмы и направляется в оба плеча интерферометра, в которых поочередно регистрируются прогибы объекта за два последовательных промежутка времени. Процесс непрерывной регистрации деформации поясняется следующей схемой. Исходное состояние P1 поверхности объекта фиксируется на фотопластинке А\, находящейся в плече А интерферометра. Затем образец подвергается воздействию, вызывающему релаксацию напряжений. Последующее состояние P2 поверхности объекта регистрируется одновременно на фотопластинках и В\ (В\ — находится в плече В интерферометра). После чего фотопластинка А \ заменяется на A2 и обрабатывается. По прошествии времени T і после второй экспозиции регистрируется состояние Pз поверхности объекта Рз на фотопластинки A2 и В\ и фотопластинка Bi заменяется на B2* Через промежуток времени T2 после предшествующей экспозиции процесс повторяется и т. д. Следовательно, в каждом плече интерферометра происходит регистрация двухэкспозиционных интерферограмм. Интерферограмма А\ характеризует деформацию образца за время T0 (время воздействия физических факторов), а интерферограммы Ai и Bi определяют изменение напряжений за промежутки времени между состояниями (Р,_!; P1;) и (Pi; Р,+1) соответственно, где і = 2,3.. Таким образом, используемая методика позволяет непрерывно регистрировать весь процесс изменения напряжений во времени.
