本發明涉及(ji)無損檢測，特(te)別是涉及(ji)一種(zhong)膜(mo)層(ceng)厚度、組(zu)分監測裝置及(ji)方(fang)法。

背景技術：

1、太赫茲(zi)(terahertz?waves，thz)波以其獨特的瞬態(tai)性、寬帶性、相干性、低(di)能性、水吸性、指紋譜(pu)性等(deng)特點有(you)別于傳統(tong)的電(dian)磁波，在(zai)基礎研究、前沿技(ji)術(shu)探索、國民經(jing)濟和國家(jia)安全(quan)等(deng)領域(yu)有(you)著重(zhong)大的應用價(jia)值，被稱(cheng)為“改變(bian)未來(lai)世界的十大技(ji)術(shu)”，是當前重(zhong)大的新(xin)興(xing)科學技(ji)術(shu)領域(yu)之(zhi)一。

2、金(jin)剛(gang)石晶體拉曼頻移系數大，透光(guang)范圍(wei)覆蓋太赫茲波(bo)段，熱導率高適(shi)于產生(sheng)高功率太赫茲波(bo)，采(cai)用金(jin)剛(gang)石拉曼效應產生(sheng)thz波(bo)，是獲得thz波(bo)的新的技術手段之一。

3、但(dan)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)晶(jing)體結(jie)構穩(wen)定，鍍(du)(du)膜(mo)(mo)技(ji)術難度(du)大，膜(mo)(mo)系不(bu)穩(wen)定、抗(kang)損傷閾值(zhi)低，易脫落(luo)，可以在金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)表(biao)面平鋪(pu)(pu)硅(gui)層(ceng)，形(xing)成碳(tan)化硅(gui)膜(mo)(mo)層(ceng)，并在碳(tan)化硅(gui)層(ceng)表(biao)面蒸鍍(du)(du)目標(biao)膜(mo)(mo)層(ceng)，使金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)晶(jing)體形(xing)成高結(jie)合力膜(mo)(mo)，為(wei)了避免預鋪(pu)(pu)層(ceng)/膜(mo)(mo)層(ceng)蒸鍍(du)(du)不(bu)均(jun)勻或過(guo)于厚(hou)重，影響金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)晶(jing)體的透(tou)過(guo)系數等(deng)性能，同(tong)時也(ye)會提高成本，造成膜(mo)(mo)料的浪費，因此，在對金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)鍍(du)(du)膜(mo)(mo)中，可以實時監(jian)測碳(tan)化硅(gui)預鋪(pu)(pu)層(ceng)/膜(mo)(mo)層(ceng)的厚(hou)度(du)及組分是十分重要的。

4、目前對(dui)(dui)膜(mo)層厚度(du)的(de)檢(jian)測(ce)(ce)采用(yong)(yong)的(de)方法主(zhu)要(yao)為渦(wo)流、超(chao)聲、x射線、探針法和光學法等，膜(mo)層成分(fen)(fen)的(de)檢(jian)測(ce)(ce)采用(yong)(yong)光譜分(fen)(fen)析(xi)、質譜分(fen)(fen)析(xi)、能譜分(fen)(fen)析(xi)等。這些方法主(zhu)要(yao)都是對(dui)(dui)成品進行(xing)(xing)的(de)檢(jian)測(ce)(ce)，無法對(dui)(dui)鍍膜(mo)過程中(zhong)的(de)成分(fen)(fen)進行(xing)(xing)實時檢(jian)測(ce)(ce)，且是采用(yong)(yong)外加的(de)手段采用(yong)(yong)現有的(de)設備等對(dui)(dui)膜(mo)層厚度(du)和成分(fen)(fen)進行(xing)(xing)檢(jian)測(ce)(ce)，在(zai)檢(jian)測(ce)(ce)的(de)過程中(zhong)往(wang)(wang)往(wang)(wang)會因(yin)為移動、觸摸等產生如(ru)破損、污染等不(bu)可控的(de)不(bu)良影響，因(yin)此在(zai)金剛石(shi)膜(mo)層的(de)蒸(zheng)鍍過程中(zhong)，實現對(dui)(dui)預鋪層/膜(mo)層厚度(du)、組分(fen)(fen)的(de)實時無損檢(jian)測(ce)(ce)是十分(fen)(fen)重要(yao)的(de)。

技術實現思路

1、(一(yi))要解決的技術問題(ti)

2、本發明為了克服(fu)在(zai)金(jin)剛石鍍中間膜(mo)層(ceng)碳化硅(gui)層(ceng)/膜(mo)層(ceng)的(de)過程無(wu)法對(dui)膜(mo)層(ceng)組(zu)分及(ji)厚度(du)(du)(du)實時監測(ce)(ce)的(de)問題，提供了一種基(ji)于金(jin)剛石拉曼效應獲得thz波的(de)原(yuan)理，通過對(dui)金(jin)剛石輻(fu)射thz波的(de)強度(du)(du)(du)、波形、傳播(bo)速度(du)(du)(du)測(ce)(ce)量，獲取在(zai)金(jin)剛石基(ji)質上所蒸鍍碳化硅(gui)層(ceng)/膜(mo)層(ceng)厚度(du)(du)(du)、組(zu)分的(de)探(tan)測(ce)(ce)，實現對(dui)金(jin)剛石鍍膜(mo)的(de)膜(mo)層(ceng)厚度(du)(du)(du)、組(zu)分的(de)檢測(ce)(ce)，避免鍍膜(mo)不均勻，膜(mo)料浪費(fei)。

3、(二)技術方案

4、為解決上述技術問題，本發明(ming)提供了一種基于(yu)金剛(gang)石(shi)拉曼技術輻射thz波(bo)的原理，通(tong)過對(dui)金剛(gang)石(shi)輻射thz波(bo)的測(ce)量，實(shi)時監測(ce)鍍膜(mo)過程(cheng)中膜(mo)層(ceng)的組分及厚(hou)度的裝置。

5、由于(yu)金(jin)剛石(shi)可(ke)以(yi)由5μ～7.5μm激光輻射(she)產生thz波，thz波具有寬(kuan)頻帶、頻率高的(de)特點，可(ke)以(yi)通過在(zai)蒸鍍預鋪(pu)層(ceng)/膜層(ceng)的(de)過程中(zhong)對(dui)金(jin)剛石(shi)輻射(she)thz波的(de)探測，實現對(dui)預鋪(pu)層(ceng)/膜層(ceng)厚度及組(zu)分的(de)實時精準(zhun)監測。本發(fa)明所采用的(de)技術方案如下：

6、一種膜層厚度(du)、組分監測裝置，包(bao)括：

7、真(zhen)空腔，用于(yu)提供鍍膜(mo)所需真(zhen)空環(huan)境；

8、金剛石基質，設置于真空腔(qiang)內；

9、膜料盤，設置(zhi)于真(zhen)空腔(qiang)內，用于盛裝膜料，在(zai)金剛(gang)石基質上鍍膜；

10、激光發射模塊(kuai)，置于真空腔外(wai)，朝(chao)向金剛石(shi)基(ji)質發射激光用于產生thz波；

11、探測陣(zhen)列(lie)，置于真空腔外，用于探測金剛石基質產(chan)生(sheng)的thz波(bo)；

12、分析模(mo)塊(kuai)，置于(yu)真空腔外，用于(yu)接(jie)收探測陣(zhen)列的數據，以分析金(jin)剛石基質(zhi)上(shang)所鍍(du)膜層(ceng)的組分和厚度。

13、可選地，膜料為預鋪層的(de)硅(gui)基(ji)質、氧(yang)化(hua)硅(gui)膜基(ji)質、氧(yang)化(hua)鉭(tan)膜基(ji)質和氧(yang)化(hua)鉿基(ji)質中(zhong)的(de)至少一種。

14、可選地，膜(mo)料盤可移動設(she)置于真空腔內(nei)。

15、可選地，在金(jin)剛石(shi)基(ji)質(zhi)背(bei)離膜(mo)料盤的一側設(she)置有反(fan)射組件，以反(fan)射金(jin)剛石(shi)基(ji)質(zhi)因拉(la)曼(man)效(xiao)應獲得的thz波至(zhi)探測陣列。

16、可選(xuan)地，探(tan)測陣列的探(tan)測面前增加濾光(guang)(guang)片，過濾掉雜散(san)光(guang)(guang)；

17、真空腔內設置(zhi)有(you)遮光組件，吸收濾出的(de)雜(za)散(san)光。

18、可選地，真空腔的蒸鍍(du)溫度為500℃～1000℃。

19、可選地(di)，激光發射(she)模塊發射(she)的(de)波長為5μm～7.5μm。

20、可選地(di)，探(tan)(tan)測(ce)陣列的(de)探(tan)(tan)測(ce)波(bo)長范圍為(wei)0.1thz～20thz，探(tan)(tan)測(ce)波(bo)長的(de)靈敏度為(wei)0.1thz，探(tan)(tan)測(ce)功率范圍為(wei)0.001w數量級。

21、本發明(ming)還提(ti)供了一種膜層厚度、組(zu)分監測方(fang)法(fa)(fa)，用于(yu)上述(shu)任一實(shi)施例的(de)膜層厚度、組(zu)分監測裝置(zhi)，該方(fang)法(fa)(fa)包括：

22、激(ji)光(guang)發射模塊朝向金(jin)剛石基質發射激(ji)光(guang)，金(jin)剛石基質受激(ji)拉曼效應產生thz波；

23、膜料盤向金剛石基質發(fa)射膜料，形成預鋪(pu)層/膜層；

24、探測(ce)器陣列探測(ce)金剛石基質(zhi)產生(sheng)的thz波(bo)，獲取thz波(bo)功率和/或(huo)thz波(bo)光譜(pu)；

25、根據鍍(du)膜前與鍍(du)膜后的(de)(de)thz波功率的(de)(de)強度和/或(huo)thz波光(guang)譜的(de)(de)強度和/或(huo)thz波光(guang)譜的(de)(de)均勻(yun)性信(xin)息，實時獲取預鋪(pu)層/膜層的(de)(de)厚(hou)度和組分。

26、可選(xuan)地，根據(ju)鍍(du)膜(mo)(mo)前與(yu)鍍(du)膜(mo)(mo)后(hou)的(de)(de)(de)thz波(bo)功率的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)、thz波(bo)光譜(pu)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)、thz波(bo)光譜(pu)的(de)(de)(de)均勻性(xing)信息，實時(shi)獲取預鋪層/膜(mo)(mo)層的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)和組分，包括：

27、根據(ju)thz波(bo)功率的(de)強度(du)，實時獲取預鋪層(ceng)/膜層(ceng)的(de)厚(hou)度(du)和組分，當(dang)探(tan)測到thz波(bo)功率的(de)強度(du)的(de)減小的(de)趨勢(shi)呈(cheng)現波(bo)動時，調整膜料盤的(de)位置進行補鍍；

28、和/或

29、根據thz波(bo)(bo)光(guang)譜的(de)強度(du)，實時獲取預鋪層/膜層的(de)厚度(du)和(he)組分，當(dang)探測到thz波(bo)(bo)光(guang)譜的(de)強度(du)的(de)減小趨勢呈(cheng)現波(bo)(bo)動時，調整膜料盤的(de)位(wei)置進行補鍍(du)；

30、和/或

31、根據thz波(bo)的(de)光譜(pu)的(de)均勻性(xing)信息，實(shi)時(shi)獲取預(yu)鋪(pu)層(ceng)/膜層(ceng)的(de)厚度(du)和(he)組(zu)分(fen)，當探測到(dao)thz波(bo)光譜(pu)不均勻時(shi)，調整膜料盤的(de)位置進行補鍍。

32、(三)有益(yi)效(xiao)果(guo)

33、本(ben)發(fa)(fa)明提(ti)供一種膜(mo)(mo)(mo)(mo)層(ceng)(ceng)組分(fen)(fen)、厚(hou)度(du)監測裝置及方法，監測裝置基(ji)于(yu)金剛石可以(yi)輻(fu)射(she)thz波(bo)(bo)，通過對(dui)金剛石輻(fu)射(she)thz波(bo)(bo)經(jing)過膜(mo)(mo)(mo)(mo)層(ceng)(ceng)后(hou)的(de)(de)(de)thz波(bo)(bo)的(de)(de)(de)功率的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)、thz波(bo)(bo)光譜(pu)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)、均勻(yun)性(xing)信息分(fen)(fen)析所(suo)鍍(du)預鋪層(ceng)(ceng)/膜(mo)(mo)(mo)(mo)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)和(he)組分(fen)(fen)，保證所(suo)鍍(du)膜(mo)(mo)(mo)(mo)有效(xiao)吸附于(yu)所(suo)鍍(du)基(ji)底的(de)(de)(de)同時(shi)(shi)，可以(yi)實現(xian)(xian)對(dui)膜(mo)(mo)(mo)(mo)系厚(hou)度(du)和(he)組分(fen)(fen)的(de)(de)(de)實時(shi)(shi)準確監測。相較(jiao)于(yu)現(xian)(xian)有鍍(du)膜(mo)(mo)(mo)(mo)監測技術，本(ben)發(fa)(fa)明是基(ji)于(yu)被鍍(du)膜(mo)(mo)(mo)(mo)材料金剛石晶體的(de)(de)(de)拉(la)曼效(xiao)應輻(fu)射(she)thz波(bo)(bo)，在蒸鍍(du)膜(mo)(mo)(mo)(mo)層(ceng)(ceng)過程(cheng)中(zhong)對(dui)其輻(fu)射(she)的(de)(de)(de)thz波(bo)(bo)進行(xing)探(tan)測，以(yi)實時(shi)(shi)精準獲得所(suo)蒸鍍(du)膜(mo)(mo)(mo)(mo)層(ceng)(ceng)碳化硅的(de)(de)(de)組分(fen)(fen)及厚(hou)度(du)，精準把控所(suo)鍍(du)膜(mo)(mo)(mo)(mo)層(ceng)(ceng)，無損檢測，且(qie)降低了對(dui)基(ji)質(zhi)和(he)膜(mo)(mo)(mo)(mo)料的(de)(de)(de)浪費，節約(yue)成(cheng)本(ben)。

技術特征：

1.一種膜層厚(hou)度、組分監測裝(zhuang)置(zhi)，其特征在于，包(bao)括(kuo)：

2.根據權利要求1所(suo)述(shu)的膜(mo)層厚(hou)度(du)、組分(fen)監測裝置(zhi)，其特征在(zai)于，所(suo)述(shu)膜(mo)料為預鋪(pu)層的硅(gui)基(ji)(ji)質(zhi)、氧化(hua)硅(gui)膜(mo)基(ji)(ji)質(zhi)、氧化(hua)鉭膜(mo)基(ji)(ji)質(zhi)和氧化(hua)鉿基(ji)(ji)質(zhi)中的至少一種。

3.根(gen)據權利要求1所(suo)述的膜(mo)層厚(hou)度(du)、組分監測裝置，其特征在于，所(suo)述膜(mo)料盤(pan)可移動(dong)設置于所(suo)述真空腔內。

4.根據(ju)權利要求1至(zhi)3任(ren)一(yi)項所(suo)述(shu)(shu)的膜層厚(hou)度(du)、組分監測裝置，其特征在于，在所(suo)述(shu)(shu)金剛石基質背離所(suo)述(shu)(shu)膜料盤的一(yi)側設置有反(fan)射組件，以反(fan)射所(suo)述(shu)(shu)金剛石基質因拉曼效應獲得的thz波至(zhi)所(suo)述(shu)(shu)探測陣列(lie)。

5.根據權利要求4所(suo)述的膜層厚度、組分監測(ce)裝置，其特征在于，所(suo)述探測(ce)陣列的探測(ce)面(mian)前增加濾(lv)光片，過濾(lv)掉雜(za)散(san)光；

6.根據權利要(yao)求1所述的膜層(ceng)厚(hou)度、組分(fen)監測裝置，其特征在于(yu)，所述真空(kong)腔的蒸鍍溫度為500℃～1000℃。

7.根據權(quan)利要求1所述的(de)膜層厚度、組分監測裝置，其特征(zheng)在于，所述激光發(fa)射模塊發(fa)射的(de)波長為5μm～7.5μm。

8.根據權(quan)利要(yao)求1所述(shu)的膜層厚度、組分監測裝置，所述(shu)探(tan)測陣(zhen)列的探(tan)測波長范(fan)(fan)圍(wei)為(wei)0.1thz～20thz，探(tan)測波長的靈敏(min)度為(wei)0.1thz，探(tan)測功率范(fan)(fan)圍(wei)為(wei)0.001w數量級。

9.一種膜(mo)層(ceng)厚(hou)度(du)、組分監測(ce)方法，用(yong)于權利要(yao)求1至8任一項所述的(de)膜(mo)層(ceng)厚(hou)度(du)、組分監測(ce)裝置，其特征在(zai)于，所述方法包括(kuo)：

10.根(gen)據權利要求9所述(shu)的(de)(de)方法，其特征在于(yu)，所述(shu)根(gen)據鍍(du)膜前(qian)與鍍(du)膜后的(de)(de)thz波(bo)功率的(de)(de)強(qiang)度(du)(du)、thz波(bo)光譜的(de)(de)強(qiang)度(du)(du)、thz波(bo)光譜的(de)(de)均勻(yun)性信息(xi)，實時獲取預鋪層/膜層的(de)(de)厚(hou)度(du)(du)和組分，包括：

技術總結
本發明提供一種膜層厚度、組分監測裝置及方法，該裝置包括：真空腔、待鍍膜的金剛石基質、膜料盤、探測陣列、激光發射模塊、分析模塊。本發明提供的鍍膜監測裝置可精準地實時地監測預鋪層膜層的厚度及組分，克服在金剛石鍍中間膜層碳化硅層/膜層的過程無法對膜層組分及厚度實時監測的問題，提供了一種基于金剛石拉曼效應獲得THz波的原理，通過對金剛石輻射THz波的強度、波形、傳播速度測量，獲取在金剛石基質上所蒸鍍碳化硅層/膜層厚度、組分的探測，實現對金剛石鍍膜的膜層厚度、組分的檢測，避免鍍膜不均勻，膜料浪費。

技術研發人員：申玉,周思博,溫雅,薄勇,彭欽軍
受保護的技術使用者：中國科學院理化技術研究所
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19