La caratterizzazione del film sottile descrive l’analisi composizionale di strati microscopici di materiali utilizzati per l’ottica e il miglioramento dei semiconduttori. Questi materiali servono molti settori e tecnologie alterando numerose caratteristiche della superficie, come proprietà ottiche, conduttive, di durata e altre. La nanometrologia si riferisce a misurazioni specifiche delle caratteristiche microscopiche, mentre la caratterizzazione può essere scomposta in analisi qualitativa e quantitativa di numerosi tratti. Questi possono includere osservazioni di proprietà ottiche, elettriche e magnetiche.
Molti usi comuni e unici dei film sottili rendono l’analisi accurata della composizione un processo vitale. Numerose tecniche e strumenti sono impiegati nel processo di sviluppo. Questi servono ricerca e sviluppo e aiutano a garantire il controllo della qualità nella produzione. Due considerazioni primarie nella caratterizzazione del film sottile includono l’osservabilità del processo e la capacità di stimare accuratamente le proprietà del film con i metodi disponibili. I metodi comuni possono includere i tipi spettrofotometrici, interferometrici ed ellissometrici; altri includono processi fototermici e combinati.
La deposizione si riferisce all’applicazione di film su superfici utilizzando varie tecniche complesse. Questo crea la necessità di sensori in tempo reale in grado di misurare le proprietà dei film sottili in atto. Le tecniche spettrofotometriche per la caratterizzazione di film sottili includono l’analisi della riflettanza e della trasmittanza delle proprietà ottiche. Le tecniche ellissometriche osservano i cambiamenti di polarizzazione della luce che passa sui film con un angolo di incidenza rifrattivo e secondo la loro porzione della banda spettrale. Gli spettrofotometri e gli ellissometri sono macchine progettate per eseguire queste analisi.
L’interferometria è un metodo di caratterizzazione del film sottile che utilizza gli interferogrammi per misurare lo spessore e la rugosità dei bordi dei film. Tali qualità geometriche vengono osservate attraverso riflessioni e trasmissioni di luce utilizzando microscopi ad interferenza e interferometri. Le tecniche fototermiche determinano le proprietà di assorbimento, come la temperatura e le proprietà termofisiche utilizzando misure ottiche. Le misurazioni possono includere calorimetria laser, spostamento fototermico, microfono cellula-gas fotoacustico e miraggio.
Altre tecniche combinano questi metodi per adattarsi. Gli strati superficiali del film sottile spesso mostrano proprietà diverse rispetto alle loro caratteristiche di massa composite. I modelli di caratterizzazione strutturale del film sottile valutano i difetti e la non uniformità, il volume e le incongruenze ottiche, nonché i parametri dello strato di transizione. Sulla scala nanotecnologica, le superfici dello spessore di pochi strati atomici devono essere accuratamente depositate e valutate. Analizzando accuratamente tutte le caratteristiche, i difetti e i modelli strutturali e sperimentali, i produttori possono utilizzare metodi e strutture ottimali per il processo di sviluppo del film sottile.
Le industrie specializzate a film sottile includono aziende che si concentrano nella produzione di apparecchiature di deposizione, metrologia e caratterizzazione e servizi associati. Questi materiali sono vitali per numerosi prodotti e componenti. Le categorie possono includere i miglioramenti della microelettronica, dell’ottica, delle superfici antiriflesso e resistenti agli urti e molto altro, nelle piccole e grandi tecnologie.