在真空鍍膜領(lǐng)域，想把“納米級(jí)”厚度寫進(jìn)工藝卡，靠的早已不是老師傅的手感，而是一顆“石英晶振片”實(shí)時(shí)的頻率。把這臺(tái)“電子耳”與鍍膜儀聯(lián)成閉環(huán)，就構(gòu)成了今天主流的“參數(shù)化鍍膜”系統(tǒng)。下面就來(lái)詳細(xì)看看： 石英具有壓電效應(yīng)——給它電壓，它就以天然頻率振動(dòng)。若在表面沉積一層外來(lái)原子，質(zhì)量增加，振動(dòng)頻率就會(huì)下降，且頻率漂移量Δf與質(zhì)量（即膜厚）呈線性關(guān)系。把這片石英做成直徑幾毫米的小圓片，裝在真空室側(cè)壁，讓蒸鍍材料同時(shí)落在晶振片和樣品上，就能用晶振片的“產(chǎn)物”實(shí)時(shí)代表樣品表面的厚度。
常用Sauerbrey方程把頻率翻譯成質(zhì)量面密度：
Δm=−C·Δf
其中：C是與石英本身有關(guān)的常數(shù)。再把Δm除以膜材料密度，就得到厚度d。現(xiàn)代晶控儀每秒鐘采樣幾十次，所以屏幕上看到的“厚度曲線”幾乎與蒸發(fā)同步爬升。
僅有“測(cè)”還不夠，關(guān)鍵是“控”。晶控儀內(nèi)部有一枚PID調(diào)節(jié)器，把“設(shè)定速率”與“實(shí)測(cè)速率”不斷比較，輸出加熱功率修正值：
P（比例）：差得大，立刻加大功率；
I（積分）：差得久，慢慢補(bǔ)回來(lái)；
D（微分）：差得快，提前剎車。
當(dāng)速率穩(wěn)定在設(shè)定值后，系統(tǒng)切換成“厚度模式”，累積到目標(biāo)厚度即刻關(guān)閉擋板，一層膜結(jié)束。全過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，重復(fù)性誤差可做到＜1%。
當(dāng)晶振片溫度升高時(shí)，自身頻率也會(huì)升高，容易把“假瘦”當(dāng)成“真瘦”。新機(jī)型會(huì)在蒸停后延遲幾秒采樣，或利用雙片差分，把溫度帶來(lái)的頻率漂移減掉，從而把厚度誤差再砍掉一半。
當(dāng)每一層都能有精確厚度后，工藝工程師就可以把“層數(shù)-材料-速率-厚度”全部錄入配方。下次換靶、換坩堝，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)晶體反饋重新標(biāo)定，真正做到“人走工藝不走”。多靶共蒸、梯度膜、超薄膜這些過(guò)去靠運(yùn)氣的難題，如今只需在軟件里改幾個(gè)數(shù)字。
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