Beiträge von mkoch im Thema „Herstellung von Phasenfiltern für Lyot-Test“

mkoch · 17. Februar 2014

Hallo Kurt,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Kurt
Ginge es vielleicht besser wenn man zwei dicht bei einander liegende Stahler verwenden würde? Ein Wolframdraht trägt Alu, der andere nicht.
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Ohne Schichtdicken-Messgerät wird das nichts mit zwei Schichten übereinander. Die Wahrscheinlichkeit ist mir zu gering, dass _beide_ Schichten die richtige Dicke bekommen. Bei der Herstellung der Wolfram-Schicht kann ich mein Schichtdicken-Messgerät leider nicht verwenden, aus mehreren Gründen. Erstens ist das Substrat so dicht vor dem Verdampfer, dass da kein Platz mehr für das Messgerät ist. Und zweitens würde das Messgerät sowieso nur Mist anzeigen, weil es da viel zu heiss wird. Für die Wolfram-Schicht weiss ich inzwischen wie lange ich bedampfen muss um ungefähr die richtige Dicke zu erzeugen. Aber +-20% Streuung ist immer noch drin.
Daher habe ich keine Lust die Alu-Schicht blind ohne Schichtdicken-Messung aufzubringen.
Man bräuchte eine geeignete Vorrichtung um die Maske fest an der richtigen Stelle zu halten. Die Vorrichtung muss einige Hundert Grad aushalten, und durch die thermische Ausdehnung der Teile darf die Maske nicht verschoben werden. Und die Vorrichtung muss sich möglichst genauso schnell aufheizen wie das Glas, weil sonst das Glas springt. Das ist alles nicht so einfach.

Gruß
Michael

mkoch · 17. Februar 2014

Hallo Rainer,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: rainer-l
Kann man einen Aluminiumdraht vor (auf) den Wolframdraht aufhängen und dann mit einem Stromstoß wegschmelzen ohne ihn komplett zu verdampfen ?
Also eine Anordnung finden wo man die Kammer nicht öffnen muß ?
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Du meinst, eine genau definierte Menge Aluminium auf den Wolframdraht hängen, dann den Draht nur soweit aufheizen dass zuerst das ganze Alu verdampft und die teildurchlässige Schicht erzeugt, und dann den Draht auf Weissglut aufheizen um die Wolfram-Schicht zu erzeugen? Könnte gehen, hat aber den Nachteil dass ich das Schichtdicken-Messgerät nicht zum Einsatz bringen kann. Denn für die Erzeugung der Wolfram-Schicht muss das Substrat sehr dicht am Verdampfer sein. Sonst würde das zu lange dauern. Man hat nicht beliebig viel Zeit bevor der Draht durchbrennt.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: rainer-l
Etwas anderes : Bei 15nm Schichtdicke haben wir 2,73° Phasenverschiebung pro nm , bei 26nm 2,2° , bei 50nm 1,6° und bei 74nm 1,38° pro nm Schichtdicke .
Haben sollten wir bei 532nm Wellenlänge n = 3,48765 und damit 1,683° Phasenverschiebung pro nm Schichtdicke . Wie erklären wir diese Messergebnisse ?
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Durch Messfehler bei der interferometrischen Dickenmessung. Es war mehr Rätselraten als Messen.

Gruß
Michael

mkoch · 17. Februar 2014

Hallo Kurt,

vielen Dank für deine Messungen. Das wichtigste Ergebnis ist, dass eine Schichtdicke von ca. 55nm (nicht my!) tatsächlich die gewünschte 90° Phasenverschiebung erzeugt.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Kurt
Was spricht dagegen wenn du eine Schicht Wolfram mit ca. 50 my zu bedampfen und darauf eine Aluschicht zur Gewinnung der gewünschten Dämpfung im Bereich 100 <N < ca. 500 ?
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Hmm, das ist nicht so einfach. Das Problem ist, dass das Substrat sehr heiss wird, schätzungsweise einige Hundert Grad. So heiss, dass die Feder-Klammern aus Stahl, mit denen ich die Maske auf dem Glas befestigt hatte, ihre Federkraft weitgehend verlieren. Und dann kann die Maske sehr leicht verrutschen. Das ist kein großes Problem solange man das Substrat nicht anfassen muss. Aber wenn danach noch eine Alu-Schicht bedampft werden soll, dann muss das Substrat rausgenommen werden, ein Stück Alu auf den Wolfram-Draht gehängt werden, und dann muss das Substrat wieder rein in die Kammer. Und zwar dann an eine andere Stelle, nämlich viel weiter von Verdampfer entfernt, damit ich das Schichtdichen-Messgerät verwenden kann.
Die Frage ist also, wie man die Maske auf dem Substrat befestigen soll, ohne dass sie verrutschen kann. Als Maske habe ich ein 0.05mm Stahlband verwendet, das mit einer zweiten Glasplatte angedrückt wird.

Gruß
Michael

mkoch · 13. Februar 2014

Hallo,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: HJ_Busack
... wenn man voraussetzt, dass die Herleitung der Kontrastformel in dem Dokument der Uni Regensburg überhaupt auf dieses Verfahren angewendet werden kann.
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Was in diesem Dokument steht wurde übrigens weitestgehend 1:1 aus dem Buch von H. Beyer übernommen (einschliesslich der Bilder und Zeichnungen). Das Buch wird auch an erster Stelle im Literaturverzeichnis genannt.

Gruß
Michael

mkoch · 13. Februar 2014

Hallo Kurt,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Kurt
Nach meiner Einschätzung würde ich die Dichtestufen N= 100 und N=500 vorschlagen. Es stellt sich nur noch die Frage wie sicher kann man bei bekannter Dichte die Phasenverschiebung phi ermitteln? sin(phi) sollte natürlich annähernd = 1 bleiben.
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Für lambda/4 Phasenverschiebung bei 550nm muss die Wolfram-Schicht 55nm dick sein, das ist bekannt.
Ich habe bei 6 verschiedenen Proben sowohl die Dicke vermessen (5 per Interferometer, und eine per Widerstands-Messung), und die Transmission der Schichten vermessen (mit HeNe Laser und Laser-Leistungsmesser). Alle Messergebnisse streuen zwar recht stark, aber man kann eine Gerade in das Diagramm hineinmitteln. So kann man den Zusammenhang zwischen Dicke und Transmission ablesen. Denn die interferometrische Dickenmessung möchte ich umgehen, weil sie eine zusätzlich aufgebrachte Alu-Schicht erfordert und das kostet viel Zeit.
Aus meiner gemittelten Kurve ergibt sich dass eine 55nm Schicht eine Transmission (einschliesslich Reflexion) von etwa 5% hat, also N = 20. Mit Wolfram wird sich N=100 bis N=500 nicht realisieren lassen.
Die von David Vernet verwendete Schicht ist angeblich aus Aluminium. Aber das dürfte theoretisch gar nicht funktionieren, denn der Brechungsindex von Alu liegt bei 550nm sehr nahe bei 1.

Gruß
Michael

mkoch · 12. Februar 2014

Der Zweck dieser Berechnung war, dass man auf diese Weise ohne großen Mehraufwand Phasenfilter herstellen kann, die zwei verschiedene Dichten auf dem gleichen Substrat haben. Man kann sich dann aussuchen, welche Seite besser geeignet ist.

Gruß
Michael

mkoch · 12. Februar 2014

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: galaxsea
Tut er sowieso nicht, weil zum Beispiel nach hinten nicht abgestrahlt wird
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Doch, der strahlt auch nach hinten ab, genauso viel wie nach vorne. Das landet alles auf der Rückwand des Verdampfer-Gehäuses.

Gruß
Michael

mkoch · 12. Februar 2014

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: galaxsea
Ab Seite 14: Räumliche Verteilung der Dampfstromdichte:
http://sxs.ifp.tuwien.ac.at/fo…n/pdf/t_p_ds_kapitel2.pdf
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Bei der Gleichung 2.11 steht:
"Wird von einer ebenen, kleinflächigen Quelle die Masse m1 verdampft, ..."

Das trifft in meinem Fall nicht zu. Die Windungen des Wolfram-Drahts sind keine ebene Quelle. Ich bin mir ziemlich sicher dass meine Quelle in alle Richtungen gleichmässig abstahlt, weil ich das bei der Alu-Bedampfung überprüft habe. Wenn man eine bekannte Menge Aluminium auf den Heizdraht hängt, und dann annimmt dass das gesamte Alu gleichmässig in alle Richtungen abgestrahlt wird, dann kann man die Schichtdicke auf dem Spiegel berechnen. Das Rechenergebnis stimmt erstaunlich gut mit dem überein, was das Schichtdicken-Messgerät anzeigt.

Gruß
Michael

mkoch · 12. Februar 2014

Hallo Lukas,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: galaxsea
dein Problem lässt sich als Lambertscher Strahler behandeln.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Ich kann mir nicht vorstellen dass es sich hierbei um einen Lambertschen Strahler handelt. Der Verdampfer strahlt gleichmässig in alle Richtungen ab.

Gruß
Michael

mkoch · 12. Februar 2014

Hallo Rainer,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: rainer-l
tan(B) = X/R = X
Dichte = c * cos(ATN(X))
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Mir ist nicht klar warum du den Tangens verwendest.
Ich habe das so hergeleitet:
Wir haben ein rechtwinkliges Dreieck, die eine Kathete ist 1, die andere Kathete ist x, die Hypothenuse ist der Weg auf dem die Metallteilchen fliegen = sqrt(1+x^2)
Die Schichtdicke ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands, daher gilt:
SD = c / (1+x^2)
Ausserdem ist die Glasplatte, vom Verdampfer aus gesehen, geneigt, so dass sich die Metallteilchen auf eine grössere Fläche verteilen. Ich meine das kann man dadurch beschreiben dass man mit dem Cosinus des Einfallswinkels multipliziert. Gemeint ist der Winkel zwischen der Flugbahn und dem Lot auf der Glasplatte. Für diesen Cosinus gilt:
cos(Einfallswinkel) = 1 / sqrt(1+x^2)
So dass sich für die Schichtdicke ergibt:
SD = c * (1 + x^2) ^-3/2

Gruß
Michael

mkoch · 11. Februar 2014

Hallo Leute,

mal angenommen man hat einen punktförmigen Verdampfer, und davor befindet sich eine ebene Glasplatte die bedampft werden soll. Dann wird die Schichtdicke in der Mitte an größten sein und zum Rand hin kleiner, aus zwei Gründen: 1. weil der Abstand größer wird, und 2. weil der Auftreff-Winkel auf die Fläche ungünstiger wird.

Ich habe versucht die Schichtdicke formelmäßig darzustellen und komme auf diesen Zusammenhang:

Schichtdicke = c * (1 + x) ^ -1.5

wobei c eine Konstante ist, und x die (positive) radiale Koordinate auf der Glasplatte. Der kürzeste Abstand vom Verdampfer zur Glasplatte soll auf 1 normiert sein.

Es wäre schön wenn jemand von euch verifizieren könnte ob das so stimmt.

Gruß
Michael

mkoch · 10. Februar 2014

Hallo Gert,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Gert
Bei Messungen des Schichtwiderstands hilft Dir evtl die Methode von Hr. van der Pauw. Du brauchst nur ein irgendwie geformtes Sample mit der Schicht (gleicher Dicke) und 4 Kontake.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Die Methode kann ich in diesem Fall nicht anwenden, weil die Schicht nicht gleichmäßig dick ist. Ich habe das Substrat so angeordnet dass sich die Kante direkt vor dem Verdampfter befindet. Zum Rand hin (im Foto unten) ist der Abstand zum Verdampfer größer und die Schicht ist da entsprechend dünner. Sieht man auch deutlich im Foto. Für den Lyot-Test ist das aber völlig irrelevant, weil nur der Bereich unmittelbar neben der Kante verwendet wird (und natürlich der ganze nicht bedampfte Bereich).

Gruß
Michael

mkoch · 9. Februar 2014

Hallo,

am Wochenende habe ich eine kleine Testreihe gefahren um den Zusammenhang zwischen der Schichtdicke und dem Transmissionsgrad der Wolframschicht zu ermitteln. Hier ein Blick in die Vakuum-Kammer während einer Bedampfung:

Und hier liegt nun eine kleine Auswahl bedampfter Objektträger vor mir:

Am Rand habe ich bei allen Substraten zusätzlich noch einen Alu-Streifen aufgedampft, für die interferometrische Messung der Schichtdicke. Die Messwerte streuen zwar etwas, aber die Tendenz ist klar erkennbar. Das wichtigste Ergebnis: Eine 55nm Wolfram-Schicht hat (einschliesslich der Reflexion) eine Transmission von ca. 5% bei 633nm.
Für weitere Versuche kann ich jetzt auf das aufwändige Aufdampfen des Alu-Streifens verzichten, weil ich die Schichtdicke jetzt über die Transmission bestimmen kann.

Gruß
Michael

mkoch · 4. Februar 2014

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Amateurastronom
... würde mich interessieren, wie Du die Dicke des Wolfram-Films gemessen hast.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Um die Schichtdicke interferometrisch zu vermessen muss sich auf dem gleichen Substrat auch ein Bereich befinden der nicht beschichtet wurde. An der Grenzlinie haben wir dann eine kleine Stufe. Auf das gesamte Substrat wird eine dünne Alu-Schicht aufgedampft, damit beide Bereiche die gleichen Reflexions-Eigenschaften bekommen. Die Höhe der Stufe ändert sich dadurch nicht. Dann wird die Oberfläche per Fizeau-Interferometer vermessen, und in der Profildarstellung kann man die Höhe der Stufe ablesen.

Gruß
Michael

mkoch · 3. Februar 2014

Bei der Wolfram-Schicht die ca. 5% Transmission hat habe ich jetzt einen schmalen Streifen abgeschnitten und den elektrischen Widerstand gemessen. Daraus ergibt sich 42nm Schichtdicke, also etwas weniger als die interferometrisch gemessenen 50nm. Ich traue diesem Online-Rechner nicht, nach dem diese Schicht 26nm haben soll.

Gruß
Michael

P.S. Und wenn man die Prüfspitzen großflächig anpresst dann wird der Widerstand noch etwas kleiner und es kommt 46.3nm raus. Das passt gut zu der interferometrischen Messung.

mkoch · 3. Februar 2014

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: galaxsea
Vielleicht bedampfst du mit einem anderen Material? Kann das Wolfram mit irgendwelchen Restgasen reagieren? Zu Wolframdioxid oder sowas? Oder vielleicht passiert an der heißen Grenzschicht Glas- Wolfram irgendwas?
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Also der Druck war bei den Versuchen etwa 1e-4 mbar, das sollte eigentlich genügen. In dem Verdampfer ist noch Kupfer und Edelstahl verbaut, aber nicht so heiss wie das Wolfram.

Gruß
Michael

mkoch · 3. Februar 2014

Hallo Rainer,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: rainer-l
Ergänzung : Ist der Skale Faktor das Verhältnis von Oberflächenfehler zu Wellenfehler ?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Das Interferometer misst die Fehler in der reflektierten Wellenfront. Der Oberflächen-Fehler ist halb so groß, daher Faktor 0.5.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: rainer-l
Außerdem wird die Reflexion auf der Glasseite geringer ausfallen weil Glasträger mit 1,51 Brechungindex als Vergütung wirkt .
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Das ist richtig, aber es erklärt nicht den Faktor 2.

Gruß
Michael

mkoch · 2. Februar 2014

Die gemessenen Schichtdicken an den Wolfram-Schichten sind mir nach wie vor ein Rätsel. Der Online-Rechner
http://refractiveindex.info/?group=METALS&material=Tungsten
ergibt bei 633nm (einschliesslich der Reflektion) folgende Werte:

Code

Schichtdicke  Transmission
26nm          5.2%
63nm          0.6%

Meine Schichten haben ungefähr die angegebene Transmission, sind aber doppelt so dick. Die Schichtdicke habe ich jetzt mit zwei Interferometern mit unterschiedlicher Software reproduzierbar nachgemessen. Die unterschiedliche Reflektion kann keine Rolle mehr spielen, weil ich für die Messung eine dünne Alu-Schicht drübergelegt habe. Bei beiden Interferometern ist Scale Faktor = 0.5 für Messung des Oberflächen-Fehlers eingestellt.
Wo steckt der Fehler?

Gruß
Michael

mkoch · 2. Februar 2014

Hallo Frank,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: FrankH
Ja, aber warum Wolfram? und nicht Chrom?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Weil ich nicht weiss wie ich Chrom verdampfen soll. Chrom gibt es nicht in Form von Draht. Mit Elektronenstrahl-Verdampfer könnte man zwar so ziemlich alle Materialien verdampfen, aber so einen Luxus ist in meiner Anlage nicht vorgesehen.

Gruß
Michael

mkoch · 2. Februar 2014

Hallo Roland,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Roland_DT
Da Wolfram einen höheren Siedepunkt als Aluminium hat, würde ich annehmen, dass es einfach ausreichen sollte, die Heizleistung zu erhöhen. Welche Einflüsse gibt es noch, dass der Abstand reduziert werden muss?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Der entscheidende Unterschied ist dass das Alu soweit erhitzt werden kann bis es flüssig ist. Das Alu benetzt den Wolfram-Heizdraht dann wie ein Tropfen Lötzinn. Den Wolfram-Draht kann ich aber nicht soweit erhitzen bis er flüssig wird, weil dann würde er ja durchbrennen und kein Strom mehr durchfliessen.

Gruß
Michael

mkoch · 2. Februar 2014

Hallo Rainer,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: rainer-l
folgt : x = ln(T) / -a
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Meine gemessene Transmission beinhaltet aber auch noch die Reflektion an der Oberfläche. Da wird ja schon (nach Augenmaß) mindestens 70% reflektiert, bevor das Licht überhaupt in das Wolfram reingeht.
Das wird in deiner Formel nicht berücksichtigt.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: rainer-l
nur die Vermutung ,das die Schicht nicht gleichmäßig ist
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Also wenn ich gegen eine helle Fläche durchschaue sehe ich keine Unregelmäßigkeiten.

Gruß
Michael

P.S. Gemäß http://refractiveindex.info/?group=METALS&material=Tungsten werden 51.5% reflektiert

mkoch · 2. Februar 2014

Hallo Frank,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: FrankH
vielleicht könntest du die Schichtdicke interferometrieren wenn du noch eine AL Schicht aufdampfst, die geht ja leicht wieder ab.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Das war eine gute Idee. Ich messe folgende Schichtdicken:

Code

Transmission   Schichtdicke [nm]
5%             50-55 
0.6%           120

Das passt nicht zu den vorausberechneten Werten. Jetzt sind die Theoretiker gefragt wie man das erklären kann.

Gruß
Michael

mkoch · 2. Februar 2014

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: D_SPITZER
wie misst du denn die Dicke der aufgedampften Schicht? Ist ein Schwingquarz mit in der Kammer, der neben dem zu bedampfenden Gegenstand ist?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Bislang messe ich die Schichtdicke gar nicht. In der Anlage ist zwar ein Schichtdicken-Messgerät drin, aber das kann ich für die Wolfram-Bedampfung nicht verwenden weil es viel zu weit entfernt ist (ca. 400mm). Das Glassubstrat muss sehr dicht (ca. 50mm) vor dem Verdampfer sein, wenn man die nötige Schichtdicke erreichen will. In diesem kurzen Abstand würde das Schichtdicken-Messgerät viel zu heiss werden, trotz Wasserkühlung.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: D_SPITZER
Als Material zum Abdecken der einen Hälfte könnte ich mir Maskierflüssigkeit gut vorstellen. Diese wird beim Malen mit Aquarellfarben benutzt um später weiße Stellen auf dem Papier auszusparen.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Das wird nicht gehen, weil die Glasplatte einige Hundert Grad heiss wird. Kein Wunder, denn der Wolfram-Draht wird mit ca. 700W geheizt und erreicht schätzungsweise ca. 2500-3000°C. Ich verwende als Maske ein 0.05mm Fühlerlehren-Band aus Stahl, das mit einer zweiten (leicht verschobenen) Glasplatte angedrückt wird.

Gruß
Michael

mkoch · 1. Februar 2014

So, nun liegen drei Phasenfilter vor mir:

Zwei Stück wurden jeweils 3 Minuten lang bedampft und haben ca. 5% Transmission, einer wurde 6 Minuten bedampft und hat ca. 0.6% Transmission. Der ist zwar gesprungen, aber das lässt sich wahrscheinlich vermeiden indem man zweimal nacheinander 3 Minuten bedampft und zwischendurch eine Pause zum Abkühlen macht. Die Transmission habe ich über einen Laser-Leistungsmesser bei 633nm gemessen. Die direkte Messung der Schichtdicke per Interferenz-Mikroskop bereitet mir momentan Probleme und liefert keine reproduzierbaren Ergebnisse. Das liegt vermutlich an dem starken Kontrast zwischen der Glasfläche mit 4% Reflektion und daneben der hochreflektierenden Wolfram-Schicht.

Gruß
Michael

mkoch · 1. Februar 2014

Hallo Rolf,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: rolf
"Die Mikroskopstreifen haben im allgemeinen eine nicht ausreichende Qualität. ...
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Das ist mir schon klar, aber
1. werde ich zunächst mehrere Versuche machen müssen, um mich langsam an die richtige Schichtdicke ranzutasten. Dafür muss das Glas nicht eben sein. Und
2. bin ich noch nicht davon überzeugt dass das Glas wirklich so genau sein muss wie David es beschrieben hat. Falls die beschriebene Genauigkeit tatsächlich notwendig sein sollte, dann höchstens im Durchgang, aber nicht auf den Oberflächen. Ich bin mir da noch nicht sicher.

Gruß
Michael