TARIFNAME GERÇEK ZAMANLI INCE FILM KALINLIGININ ÖLÇÜLMESINI SAGLAYAN BIR ÖLÇÜM CIHAZI Teknik Alan Bu bulus, quartz kristallerinin piezolektrik etkisine dayali olarak çalisan QTF (Quartz Tuning Fork) sensörlerini kullanarak gerçek zamanli olarak ince film kalinliginin ölçülmesini saglayan bir ölçüm cihazi ile ilgilidir. Önceki Teknik Ince film kaplama teknikleri ileri teknolojiler olarak bilinen mühendislik alanlarinin önemli konularindan bir tanesidir. Günümüzde, ince film kaplama yüksek filmli miknatislarda, güç kablolarinda, dönen makinelerde, su aritma sistemlerinde, süper iletken teknolojisinde, manyetik kayit ortamlarinda, askeri teknoloj ilerde, uzay ve havacilik, elektronik yari iletken cihazlarda, LED gibi isik yayan diyotlarda, yansima önleyici kaplamalar gibi optik kaplamalarda, kesi alet gibi sert kaplamalarda, günes pilleri gibi enerji üretiminde, ince filmli piller gibi enerji depolanmasinda, tibbi implant gibi saglik alaninda basariyla uygulanmaktadir. Bu uygulamalarin bazilarinda kaplama kalinligi oldukça ince ve kontrolü çok kritiktir. Örnek olarak dalga boyuna esdeger kalinlik seviyesinde yapilan kaplamalar ile seçici geçirgen veya seçici bastiran optik filtrelerin yapimi saglanabilmektedir. Bu nedenle, ince film kaplama uygulamalari, ülke ekonomisine önemli ölçüde katki saglayan bir teknolojidir (Mbam ve ark.,2019) Ince film düzeyinde malzemelerin kuantumsal düzeydeki özellikleri ortaya çikmakta ve ince film kalinligi degistikçe malzemelerin yapisal, optik ve elektriksel özellikleri degismektedir. Örnek olarak polikristal filmlerde, iletkenlik davranisinda stokiyometriye ek olarak mikro yapi, çok önemli bir rol oynamaktadir. Söz konusu mikroyapinin varligi ve yogunlugu kristalitin boyutu ve yönü ile 9.136 yakindan ilgili olan tane sinirlari araciligiyla iletkenligi kontrol etmektedir. Dolayisiyla bu iki parametre film kalinligindan etkilenebilmektedir (Bouderbala ve Günümüzde bir baska örnekte ise cam üzerine 30-50 nm kalinliginda altin kaplandiginda yüzey plazmonlari olusturulabilmekte ve sensör teknolojilerinde bu özellik kullanilmaktadir. Söz konusu özelligin ortaya çikmasi için verilen kaplama kalinligi degerleri kritiktir. Bu degerlerin disinda yüzey plazmonlari olusmamaktadir. Tibbi implantlar için ise, cihazin malzeme yüzeyi, Vücudun biyolojik tepkisini kontrol ederek in-Vivo tepkisini uyarlamada önemli bir rol oynamaktadir. Bu nedenle biyomalzemelerin yüzeyi en yogun arastirma konularindan biri haline gelmistir. Nano islevsellestirilmis bir yüzey umut verici biyolojik özelliklere sahiptir ve biyomalzemelerin klinik uygulamalari, nano yapili bir yüzey üretilerek gelistirilebilmektedir. Bu nedenle, insan Vücudunda kullanilan biyomalzemelerin; biyouyumluluk, kan uyumlulugu, biyobozunurluk, korozyon direnci, mekanik ve antibakteriyel özelliklerinin iyilestirilmesi için de ince film kaplama çalismalari yapilmaktadir (Alias ve ark., 2019, Rahmati ve ark., 2016, Dolayisiyla ince filme kaplama kalinligi yeni ve benzersiz özelliklere sahip malzemelerin gelistirilmesinde önemli bir rol oynamaktadir. Teknigin bilinen durumunda ince film kalinligini izlemek ve ölçmek için yöntemler mevcuttur. Fakat çogu yöntemde ölçümler es zamanli degil, kaplama islemi tamamlandiktan sonra gerçeklestirilmektedir. Günümüzde ince film birikme hizini ve kalinligini izlemek için en yaygin olarak kullanilan yöntemlerin basinda spektroskopik, mikroskopik ve kuvars tabanli yöntemler gelmektedir. Spektroskopik yöntemler kütle spektroskopisi (MS), elektron darbe emisyon spektroskopisi (EIES), X-isini fotoelektron spektroskopisi (XPS), X-isini yansitma (XRR) ve X-isini Iloresan (XRF), alfa partikül enerji kaybi (APEL), atomik absorpsiyon spektroskopisi (AAS), spektroskopik elipsometri (SE), lazer 9.136 reIlektometri (LR), Optik fiber sensor (OFS ), yüzey plazmon rezonans spektroskopisi (SPR), çoklu dalga boylu pirometrik interferometri (MWPI),dir. Spektroskopik yöntemlerden MS ve EIES teknikleri ile biriktirme hizi ölçümü substratlarin yakinindaki buhar akisindaki partikül yogunlugunun gerç ek zamanli ölçümüne dayanmaktadir. Bu tekniklerin her ikisi de oldukça hassastir ve malzemeye özgüdür. EIES sensörünün ömrü, yüzlerce QCM' ye esdegerdir. Büyük malzeme birikimi olan uygulamalar için de kullanislidir. EIES ayri buharlasma kaynaklari kullanilarak saf elementlerden özel alasimlar üretmek için kullanilabilmektedir. (Buzea ve ark., 2005). Spektroskopik yöntemlerden bir digeri olan AAS, nin temel çalisma prensibi, fotonlarin serbest atomlar tarafindan seçici absorpsiyonuna dayanir ve çalisma basinci üzerinde kisitlamalar getirmemektedir. Yöntem, püskürtme, termal buharlastirma veya moleküler isin epitaksisinde kullanilabilmektedir. Belirli bir elemente duyarli birden fazla birim kullanilarak mutlak malzeme özgüllügüne duyarli olup birden çok kaynagi ayni anda ve bagimsiz olarak izleyebilmektedir. Düsük biriktirme hizlarinda, sistem birçok element için çok yüksek hassasiyet göstermektedir. Buhar akisini substrattan uzakta tek bir noktada örnekleyen önceki birikim kontrol yöntemlerinden farkli olarak, AAS, önemli ölçüde daha dogru birikme hizi kontrolü elde etmekte ve substratin önünde sonlu bir uzunluk boyunca buhar akisini örneklemektedir. AAS'nin avantajlari arasinda mutlak malzeme özgüllügü, yüksek hassasiyet, uzun süreli kararlilik, çalisma basinci limitlerinin olmamasi, optik algilama ve sensöre kolay erisim sayilabilmektedir. AAS, yüksek gaz basinçli ortamlarda çalisabilen tek malzemeye özgü biriktirme kontrol teknigidir (Buzea ve ark., 2005). Spektroskopik yöntemlerden SE (spektroskopik elipsometri), ince film biriktirme sirasinda kalinligi izlemek için kullanilabilen çok hassas optik bir tekniktir. SE, ince bir film numunesinden egik olarak yansiyan isigin polarizasyon durumundaki degisimine dayanmaktadir. SE, speküler bir yansima üretildigi 9.136 sürece hemen hemen her tür alt tabaka üzerinde herhangi bir malzeme türünü ölçebilmektedir. In situ SE, ince metal filmlerin ve çok tabakalarin kalinliginin izlenmesi için uygulanmakta olup ince metal filmlerin kalinlik bilgileri, filmlerin optik sabitleri kullanilarak elipsometri ölçümlerinden makul bir dogrulukla elde edilebilmektedir. Söz konusu yöntem çok tekrarlanabilir ve yüksek duyarli bir tekniktir (Buzea ve ark., 2005). Spektroskopik yöntemlerden XPS öncelikle bir yüzey analiz teknigi olmasina ragmen ince film kalinligini izlemek için de kullanilabilmektedir. Spesifik bir enerjiye sahip X-isini fotonlari, yüzeyi isinlamak için kullanilmakta ve yüzeyde bulunan atomlardan karakteristik kinetik enerjilerle elektron emisyonuna neden olmaktadir. Kalinlik, örnek ve dedektör arasindaki bir dizi açi üzerinden göreli tepe yogunluklari karsilastirilarak açi çözümlü XPS'den çikarilabilir (Buzea ve XRR,nin temel prensibi bir numune tarafindan X-isini demetinin yansitilmasina ve belirli açilarda yansiyan X-isinlarinin yogunlugunun ölçülmesine dayanmaktadir. Sonrasinda ölçülen veriler simüle edilmis egrilere uydurulmakta ve film kalinligi reflektometri egrisindeki saçak araligindan belirlenmektedir. Hem yüksek k (dielektrik sabiti) hem de düsük k dielektrikler, metaller, epitaksiyeller ve amorf filmler için rutin olarak kullanilmaktadir. XRR teknigi, yogunluk farkinin bir ölçüsünü etkin bir sekilde sagladigindan, arastirilan malzemelerin kristallik derecesi ile sinirli degildir (Buzea ve ark., 2005). XRF, de ise kalinlik, floresanli X-isini numuneden geçerken belirlenmektedir. X-isinlarinin bir kismi emilmekte veya yansitilmakta ve kalinlik bu fraksiyonun nicelenmesiyle ölçülmektedir. Numune, detektörden en uzak taraftaki tüm X isinlarinin emilmesi için yeterince kalin oldugunda, fraksiyon degisimi durmakta ve XRF'nin belirleyebilecegi maksimum kalinliga ulasilmaktadir. XRF tarafindan belirlenen kalinlik 10 ila 1000 nm arasinda degismektedir. APEL, film büyümesinden önce alt-tabakaya implante edilen radyoaktif 9.136 kaynaklar tarafindan yayilan (x-parçaciklarinin saptanmasina dayanmakta ve moleküler isin epitaksisi ile yari iletkenlerin imalatinda kullanilmaktadir. Enerji kaybi, biriktirilen malzemenin kalinligi ile artmaktadir. (Buzea ve ark., 2005). OFS, ler ince filmlerin birikme hizinin yerinde izlenmesi için kullanilmaktadir. Dogrudan çok modlu bir optik fiber uç yüzeyi üzerinde imal edilen bir optik sensör bulunmaktadir. Sensör, çapi optik fiberinkiyle ayni olacak sekilde üretilmis bir silikon gofret tabakasi içermektedir. Silikon levha üzerinde bir film tabakasinin birikmesi, Fabry-Perot interferometre teorisinin prensipleri kullanilarak optik olarak ölçülmektedir. Diger geleneksel sensörlerle karsilastirildiginda fiber optik sensörlerin, hafif olmasi, elektromanyetik girisime (EMI) karsi bagisikliga, küçük boyuta, yüksek hassasiyete, genis bant genisligine yüksek sicaklikta ve uzaktan çalistirma yetenegine sahip olmasi gibi avantajlari bulunmaktadir (Rahman ve ark., 2009). LR, yansiyan isik yogunlugunda Fabry-Perot salinimlarindan epitaksiyel ince filmlerin büyüme hizini izlemek için kullanilmaktadir (Buzea ve ark., 2005 ). Spektroskopik yöntemlerden yüzey plazmon rezonans (SPR) ölçümleri, Au ve diger asil metal yüzeyler (genelde N 50 nm Au veya Ag) üzerindeki ince filmleri incelemek için kullanilan yüzeye duyarli tekniklerdir ve metal-dielektrik arayüzünde elektromanyetik dalgalarin özel modlari olan yüzey plazmonlari (SP'ler) olgusundan yararlanmaktadir. Söz konusu ölçümler, tarama açisi (açi kaymasi), dalga boyu kaymasi ve görüntüleme dahil olmak üzere bir dizi farkli konfigürasyonda gerçeklestirilebilmektedir. Tipik bir tarama açisi SPR ölçümünde, bir p-polarize isik demetinin (genellikle bir HeNe lazer) yansiticiligi, bir prizma/Au film düzeneginden gelen gelis açisinin bir fonksiyonu olarak ölçülmektedir. Belirli bir gelis açisinda, metal/dielektrik ara yüzeyinde yüzey plazmonlarinin olusmasindan dolayi yansiticilikta bir minimum gözlemlenmektedir. Bu minimumun konumu SPR açisi olarak adlandirilmakta olup metal yüzey üzerinde adsorbe edilen herhangi bir malzemenin kalinligina 9.136 ve kirilma indisine duyarlidir. SPR açisindaki kaymalari izleyerek adsorbe edilen malzeme miktari belirlenebilmektedir. (Frutos ve ark., 1999). MWPI, ayni anda yerinde film kalinligi ve sicaklik tayini için kullanilan optik bir tekniktir. Substratin termal emisyonu, büyüyen filmin arayüzlerinde yansitilmakta ve kirilmakta, bu da girisim etkilerine neden olmaktadir. Pirometrik interferometri, yayilan bir dizi spektral çizgiyi örnekleyerek bunlari karmasik uydurma algoritmalari ile analiz etmekte ve bu etkiyi kullanarak film kalinligini izlemektedir. MWPI yalnizca bir erisim baglanti noktasi gerektirmektedir. Gözlem açisi 0° ile 60° arasinda seçilebilmekte ve basinç sinirlamasi bulunmamaktadir. Pasif bir ölçüm oldugu için dönme, titresim ve alt tabaka yanlis hizalama hatalarina karsi dayaniklidir (Buzea ve ark., 2005). Mikroskopik yöntemler; optik mikroskop, taramali ve geçirimli elektron mikroskoplari (SEM ve TEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) "dur. Optik mikroskop, numunelerin görüntülerini büyütmek için görünür isik (400- 700 nm) ve bir mercek sistemi kullanan bir mikroskop türüdür. Bir numune genellikle motorlu bir sahneye monte edilmekte ve daginik bir isik kaynagi ile aydinlatilmaktadir. Numunenin görüntüsü, bir yogunlastirici mercek sistemi araciligiyla göz, film veya sarj baglantili bir cihaz gibi bir görüntüleme sistemine yansitilmaktadir. Bu mikroskoplar, mikron alti yapilarin büyütülerek (1000 kez) görsellestirmelerini ve yüzey profillerinin belirlemelerini saglayarak ince filmlerin kalinligi hakkinda bilgi vermektedir (Zhang ve ark., 2013; Corle ve ark., 1996). SEM, bir raster tarama modelinde numune yüzeyinin yüksek enerjili bir elektron isini ile taranarak numuneden saçilan ikincil elektronlarin saçilma açilarindan numunelerin yüzey görüntülerini elde ederek 50.000 kata kadar önemli ölçüde yüksek bir büyütme orani ile ince filmlerin kalinligi hakkinda bilgi veren bir 9.136 elektron mikroskobu türüdür. TEM, oldukça yüksek enerjili elektronlarin çok ince kalinliktaki malzeme (<100 nm) ile etkilesmesi sonucu, malzemeden geçerek veya kirinima ugrayarak görüntü isleyebilen yüksek çözünürlüklü mikroskop türüdür. Çözünürlük limiti optik mikroskoplar için 400 nm, taramali elektron mikroskoplari (SEM) için 2 nm ve transmisyon elektron mikroskoplari (TEM) için 1 nm'nin altindadir (Canli ve ark., 2010). Görüldügü üzere optik ve elektron mikroskoplari içinde TEM, önemli ölçüde yüksek bir çözünürlükte bir numuneyi görüntüleme yetenegine sahiptir. AFM, örnekleri nano ölçekte incelemek için en yönlü ve güçlü mikroskobi teknolojisidir. AFM esnek bir maniveladan ve buna bagli yüzeyi taramak için kullanilan sivri bir uçtan olusmaktadir. AFM ucu ile ince bir film numunesi arasindaki temas sertligi ölçülerek, film ve numunenin elastik özelliklerinin bilinmesi kosuluyla film kalinligi çikarilabilmektedir (Crozier ve ark., 2016). C) Kuvars tabanli yöntemlerde kullanilan tek yöntem QCM "dir. QCM ince film büyümesini izleme ve kontrol etmede en yaygin kullanilan yöntemdir. Kuvars kristalli kalinlik monitörleri tipik olarak bir çift elektrot arasina sikistirilmis bir piezo-elektrik kuvars kristali, hiz ve kalinlik ölçümü için bir monitör ve islemi otomatiklestirmek için bir kontrolcü içermektedir. Elektrotlar bir osilatöre baglandiginda ve bir AC voltaji uygulandiginda, kuvars kristali piezoelektrik etki nedeniyle rezonans frekansinda salinmaya baslar. Malzeme kristal üzerine çökeldikçe salinim frekansi degismekte olup söz konusu degisim eklenen kütle miktariyla iliskilidir. Eger QCM üzerinde saglam bir tabaka esit olarak biriktirilirse, rezonans frekansi, Sauerbrey denklemine göre adsorbe edilen tabakanin kütlesi ile orantili olarak azalacaktir. QCM biriktirme kontrolörleri kuvars kristal üzerine biriken malzemenin kalinligini kristal frekansindaki degisimle iliskilendiren denklemler ile hesaplamaktadir. 9.136 QCM ile film kalinliginin ve biriktirme oraninin hizli, hassas, gerçek zamanli izlenmesi için birçok ticari ince film kalinligi monitörü bulunmaktadir. Bunun yani sira QCM ile ince film kalinliginin izlenmesi ve ölçülmesine dair bir akademik çalisma da bulunmaktadir. Padmasine ve arkadaslarinin 2015 yilinda yayinlamis olduklari "QUARTZ CRYSTAL FOR THICKNESS MEASUREMENT" baslikli makalede ince film kalinliginin ölçümü için monitör tasarimi gerçeklestirilmistir. Bir PVD kaplama cihazi içine yerlestirilen QCM üzerinde gümüs, bakir, alimünyum, nikel, niyobyum, germanyum metalleri biriktirilmis ve QCM "in farkli metallere olan olan duyarliligi (nanometre basina frekans kaymasi) ölçülmüstür. Tüm bu yöntemlerin yani sira, daha düsük dogruluk derecesi veya yerinde uygulamada zorluk nedeniyle pek kullanilmayan diger birkaç yöntem ise, yüzey profilometrisi, özdirenç ölçümü, kapasitans ölçümü, bir burulma (torsion) teli üzerinde momentum aktarimi, ultrasonik Lamb (Horace Lamb tarafindan bulunan bir çesit sok dalgasi) dalgalaridir. Bu yöntemler hala gelistirilme asamasindadir. Teknigin bilinen durumunda kullanilan yöntemlerden MS teknigi son derece hassastir, ancak gereken uzun vadeli kararliliga sahip degildir ve önemli ticari basari elde edememistir. Kütle spektrometreleri gaz fazi iyonlarini olusturup manipüle ettiginden, yalnizca yüksek vakumlu bir sistemde çalisirlar. MS ve EIES, nin ana dezavantaji, elektron kaynagi olarak isitilmis bir filamanli bir sensör kullandiklarindan yüksek vakumlu bir ortamin gerekliligidir. Bu teknikler, oksijenin uygun stokiyometri elde etmek için kullanildigi bakir oksit bazli süper iletkenler durumunda veya püskürtme sistemlerinde oldugu gibi bir gaz ortami gerektiren birçok ince film büyütme prosedürü için kullanilamaz (Buzea ve ark., 2005). SE, nin ana sinirlamasi, dolayli bir ölçüm teknigi olarak diger bagimsiz 9.136 tekniklerden teyit gerektirmesidir. Bir model belirsiz oldugunda veya optik sabitler dogru olmadiginda büyük ölçüm hatalari meydana gelebilir. Elipsometrinin dezavantajlari, iki optik baglanti noktasinin belirli geometrik hizalama gereksinimlerinin yani sira farkli malzemelere özgü algoritmalar ve hizalama ayarlaridir. SE, çok ince filmleri veya çok pürüzlü yüzeylere sahip ince filmleri ölçmede dogru olmayabilir. Metalik ince film büyümesi yalnizca yaklasik 50 nm'den daha küçük bir kalinlik için izlenebilmektedir. (Buzea ve ark., 2005). APEL, in dezavantajlari, biriktirmeden önce substratin fabrikasyon islemi implantasyonunda tamamlayici bir adimin varligi ve radyoaktivite kontaminasyonudur. Ayrica, eger çok sayida alfa yayici kullaniliyorsa, biriken film hasara açiktir ve isinlamaya tabi tutulduktan sonra fonksiyonel bütünlük kontrol edilmelidir ve bu teknik, 10 nm'den daha ince katmanlarin biriktirilmesi için uygun degildir (Buzea ve ark., 2005). XPS,in dezavantaji yüksek enerji çözünürlügü elde etmek için uzun bir analiz süresi ve yüksek vakum sartlari gerektirmesidir (Buzea ve ark., 2005 ). XRR'nin uygulanabilirligi sinirlidir ve çok pürüzlü arayüzlere sahip veya büyük kalinliga sahip filmler için kalinlik tayini, X-isinlari yeterince yansitilmadigindan imkansizdir. Yeni küçük nokta sistemleri mevcut hale gelmektedir ancak XRR'yi bir izleme teknigi haline getirmede önemli zorluklar devam etmektedir (Buzea XRF ölçümleri için ise kaplanacak filmlerle ayni yogunluga sahip bir referans numune ile bir kalibrasyon gereklidir (Buzea ve ark., 2005). OFS, nin dezavantaji sonlu ömür ile geometrik ve yapisma katsayisi kalibrasyonu gerektirmesidir (Buzea ve ark., 2005). 9.136 MWPI ise ince filmlerin optik sabit degerlerine çok duyarlidir ve film büyümesi sirasinda optik sabitleri önemli ölçüde degisen ince filmler için kullanilamaz. Film gözlemlenen dalga boyunda en azindan kismen geçirgen olmalidir. Alt tabaka sicakligi, yeterli yogunlugu yaymak için yeterince yüksek degilse, sicaklik ve kalinlik ayni anda belirlenemez. Substratlarin seffaIligi, pirometrik ölçümlerde iki ciddi sinirlamaya neden olur. Bunlar: düsük substrat emisyonu ve odadaki diger sicak elementlerden gelen optik parazittir. Alt tabaka opakliginin saglanmasi, sensör dezavantajlarinin birçogunun ele alinmasinda kilit bir unsurdur. Opak bir substrat, bir filaman isiticisindan gelen radyasyonun pirometreye iletilmesini önlemektedir. Ayrica, haznedeki diger radyasyon kaynaklarinin isiklarini alt tabakanin kaba arka tarafindan pirometreye saçmasini da önlemektedir. Optik absorpsiyon ve radyasyon yakindan baglantili oldugundan, substrat opakligi, substratin emisyonunun ölçülebilir bir sinyal saglamaya yetecek kadar yüksek olmasini saglamaktadir. Daha önceki problemlere ek olarak, görüntü alani kaplamasi ve optiklerin ve görüntü penceresinin yanlis hizalanmasindan kaynaklanan hatalar, kalinlik ve sicaklik sensörleri olarak pirometrelerin basarisini sinirlamaktadir. Iki alt tabaka izleme kanalinin ayni anda uygulanmasi (alt tabakanin arkasindaki bir termokupl ve büyüyen filmin ön yüzeyinden gelen emisyonu ölçen bir pirometre) büyüme sirasinda sicaklik, büyüme bilesimi ve biriktirme hizinin ölçülmesini mümkün kilabilmektedir. (Buzea ve ark., 2005). Spektroskopik tekniklerin birçogunun en büyük genel dezavantajlari, yüksek maaliyetli (100000-1 milyon dolar ) ekipmanlardan olusmasi ve ileri seviyede uzmanlasmis personel ihtiyacinin olmasidir. Optik ve elektron mikroskoplarinin (SEM ve TEM) dezavantaji, numunenin kesitsel ve dikey olarak yerlestirilmis olmasinin gerekmesidir. Alt tabaka ve filmin arayüzü kontrast vermeli ve kesit yüzeyi temiz olmalidir. Tüm ideal kosullar karsilanirsa, kalinlik ölçümü için çözünürlük siniri, mikroskop sisteminin çözünürlük sinirina yakindir (Canli ve ark., 2010). 9.136 SEM, in bir sinirlamasi da gelen elektron isinindan yüzeyde olusan yükün iletilebilmesi için numunelerinin elektriksel olarak iletken olmasi gerektigidir. Bu problem, numuneleri, tipik olarak altin veya platin gibi ince, iletken kaplamalardan olusan bir kaplama ile asilabilmektedir. (Zhang ve ark., 2013). TEM' in önemli bir dezavantaji ise, elektronlarin numuneden sinirli penetrasyonudur. Bu nedenle numuneler son derece ince (N 0,1 um) olmalidir (Zhang ve ark., 2013). Ayrica SEM ve TEM analizi, basit bir optik analizden daha pahalidir. Teknigin bilinen durumunda yukarida da bahsedildigi gibi birçok ince film kaplama kalinligi ölçüm metodu mevcut olmasina ragmen bunlardan ince film kaplama kalinliginin gerçek zamanli olarak ölçülmesini saglayan kuvars tabanli tek yöntem görüldügü üzere QCM, dir. Fakat teknigin bilinen durumunda ince film kaplama kalinliginin QTF kullanilarak gerçek zamanli ölçülmesine imkan veren kuvars tabanli bir yöntem yer almamaktadir. QTF ile QCM birbirinden farkli olup QTF ile ince film kalinliginin gerçek zamanli olarak ölçülmesine dair herhangi bir yöntem ve cihaz bulunmamaktadir. QCM,in dezavantajlarinin basinda, frekans kaymasini etkileyebilecek ve dolayisiyla da kalinlik ölçümünde hatalara neden olabilecek sicaklik gelmektedir. Kristalin temel frekansi sicaklikla önemli ölçüde degisebilmektedir. Buharlasma sirasindaki sicaklik, buharlasma kaynaginin radyan isisindan etkilenmektedir. Ayrica, kristal üzerinde buharin yogunlasmasiyla dogrudan açiga çikan bir isi vardir. Yogusma isisi yerel sicakligi önemli ölçüde etkileyebilmektedir. Bu isi kaynaklarinin her ikisi de prensipte ortadan kaldirilamaz, ikincisi kontrol bile edilmez. Sicaklik ve frekans arasindaki iliski farkli kristaller için degistiginden, her zaman sicaklik bagimliligi en küçük olan kristal seçilir (AT-cut). Optimum sicaklik bagimliligi elde edilecekse, kristal, tanimlanmis kristalografik yön boyunca çok hassas ark dogrulugu ile kesilmelidir. Isitmayi mümkün oldugunca azaltmak için, kristal su sogutmali bir tutucuya monte edilir ve üzerine bir kepenk yerlestirilir, böylece kristalin sadece küçük bir kismi (örnegin %20) molekül akisina maruz kalir. 9.136 Özetle, QCM "in geometrisi ve düsük kalite faktörü nedeniyle QCM ortam kuvvetlerinden (ince film kaplama tekniklerinde bu ortam kuvveti; sicaklik ) oldukça etkilenmektedir. Bu da ince film kaplama kalinligi ölçümünün dogrulugu açisindan olumsuz davranis sergilemektedir. Sicakligin etkisini azaltmak için kullanilan su sogutuculu tutucular ölçüm sistemi için ek maliyet getirmekle birlikte cihazin hantal olmasina da bir etkendir. Bunun yani sira QCM monitörleri, osilatör frekanslarinin kaymasi, darbe-analog frekans sayacindaki dogrusal olmama, kisa sensör ömrü (periyodik örnekleme teknikleri kristalin araligini genisletebilse de), fiziksel buhar biriktirme tekniklerindeki ortak olan sinirlamalar, stres degisikliklerine bagli hassasiyet, geometrik ve yapisma katsayisi kalibrasyonu gerektirmesi gibi dezavantaj lara sahiptir. (Buzea ve ark., Bu nedenledir ki günümüzde quartz tuning fork (QTF) çevirici ile ince film kaplama kalinliginin gerçek zamanli ölçümünün yapildigi, kalinlik ölçümünde, kaplama cihazlarinin içerisinde sadece bir bölgeden degil, birden çok (2,3,4) bölgeden ölçümün alindigi, ayni zamanda maliyeti düsük çok yerden ölçüm alabilen bir sistem olmasinin yani sira Q faktörü yüksek yani daha stabil bir ölçüm yapabilen çözümlere ihtiyaç duyulmaktadir. Teknigin bilinen durumunda yer alan TR20 1 6/ 05 031 sayili patent dokümaninda QTF (Quartz Tuning Fork-kuvars akort çatali-kuvars ses çatali) sensörünün kullanildigi, sensörün takilip çikartilabildigi, ölçüm alinabildigi, tasinabilir özellikte olan, özellikle kütle degisim ölçümü yapan bir ölçüm cihazindan bahsedilmektedir. Bulusun Kisa Açiklamasi Bu bulusun amaci, quartz kristallerinin piezolektrik etkisine dayali olarak çalisan QTF (Quartz Tuning Fork) sensörlerini kullanarak gerçek zamanli olarak ince film kalinliginin ölçülmesini saglayan bir ölçüm cihazi gerçeklestirmektir. 9.136 Bulusun baska amaci, quaitz tuning fork (QTF) çevirici ile ince film kaplama kalinliginin gerçek zamanli ölçümünün yapilmasini, kalinlik ölçümünde, kaplama cihazlarinin içerisinde birden çok bölgeden ölçümün alinmasini saglayan bir ölçüm cihazi gerçeklestirmektir. Bulusun bir baska amaci, maliyeti düsük çok yerden ölçüm alabilen ve Q faktörü yüksek yani daha stabil bir ölçüm yapabilen bir ölçüm cihazi gerçeklestirmektir. Bulusun diger amaci, kütle hassas sensör olan QTF ile yapilmis ince film kaplamalarda, kaplama esnasinda kalinlik ölçümünün yapilmasini saglayan bir ölçüm cihazi gerçeklestirmektir. Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bu bulusun amacina ulasmak için gerçeklestirilen "Gerçek Zamanli Ince Film Kalinliginin Ölçülmesini Saglayan Bir Ölçüm Cihazi" ekli sekillerde gösterilmis olup, bu sekiller; Sekil 1. Bulus konusu gerçek zamanli ince film kalinliginin ölçülmesini saglayan bir ölçüm cihazinin sematik görünüsüdür. Sekil 2. Bulus konusu gerçek zamanli ince film kalinliginin ölçülmesini saglayan bir ölçüm cihazinin bir diger uygulamasinin sematik görünüsüdür. Sekillerde yer alan parçalar tek tek numaralandirilmis olup, bu numaralarin karsiliklari asagida verilmistir: 1. Ölçüm cihazi 2. DDS devresi 3. QTF sensörü 4. Analog sayisal çevirici . Mikrodenetleyici 9.136 6. Analog veri dagitici QTF kullanilmasi ile kaplama kalinliginin gerçek zamanli ölçülmesine imkan saglayan bulus konusu bir ölçüm cihazi (1), -en az bir DDS (Direct Digital Synthesizing) devresi (2), -DDS devresinin (2) sinyal sagladigi birbirinden farkli olan birden fazla sayida QTF (Quartz Tuning Fork) sensörü (3) ve -üzerinde en az bir analog sayisal çevirici (ADC) (4) yer alan, DDS devrelerinin (2) birden fazla QTF sensörüne (3) sinyal saglamasi ile gerçek zamanli olarak kaplama kalinligi ölçümü yapilmasini saglayan en az bir mikrodenetleyici içermektedir. Bulusun tercih edilen bir uygulamasinda ölçüm cihazinda (l) DDS devresi (2) olarak 5 farkli devre kullanilmakta ve bes farkli QTF sensörüne (3) sinyal saglanmaktadir. Mikrodenetleyici (5) üzerinde yer alan analog sayisal çevirici (4) araciligi ile gerçek zamanli kalinlik ölçümü yapmaktadir. DDS devresi (2), QTF sensörü (3), analog sayisal çevirici (4) ve mikrodenetleyici (5) donanimsal olarak bir gövde üzerinde bulunabilmektedir. QTF kullanilmasi ile kaplama kalinliginin gerçek zamanli ölçülmesine imkan saglayan bulus konusu bir ölçüm cihazinin (1) bir diger uygulamasi en az bir analog veri dagitici (DMUX) (6) içermektedir. Söz konusu ölçüm cihazinda (l) DDS devresi (2) olarak tek bir devre kullanilmakta ve analog veri dagitici (6) kullanilarak bes farkli QTF sensörüne (3) sinyal saglanmaktadir. Bulusta DDS devresi (2) mikrodenetleyici (5) tarafindan adim adim aitirilan frekans bilgisini içermektedir. DDS devresi (2) sinüs fonksiyonu seklinde, yüklenen frekans bilgisine uygun sinyali sentezlemektedir. Analog veri dagitici (6) sentezlenen sinyalin hangi QTF sensörüne (3) uygulanacagina karar vermektedir. Mikrodenetleyici (5) üzerinde yer alan ve seçilmis olan bir analog sayisal çevirici (4) araciligi ile QTF sensöründen (3) alinan sinyali isleyerek gerçek zamanli kalinlik ölçümü yapmaktadir. Analog sayisal çevirici (4) hizli okuma yapmak için yapilandirilmis olup sinyal 9.136 örneklendirme islemini gerçeklestirerek QTF sensörü (3) frekansina karsi ölçülen genlik degerini mikrodenetleyiciye (5) saglamaktadir. Bulu konusu ölçüm cihazinda (1) tek bir QTF sensörü (3) kullanilmasi ile angström seviyelerinde ve kisa sürede yapilan kaplama islemlerinde gerçek zamanli olarak ölçüm yapilabilmektedir. Radyo frekansini kullanarak kaplama yapan cihazlarin içerisinde indüklenmeyle olusacak elektriksel gürültülere karsi bagisik (robust) bir sistem önerisi sunmak üzere yapilandirilmistir (SistemimiZde radyo frekansi kullanilmamaktadir). Bu temel kavramlar etrafinda, bulus konusu "Gerçek Zamanli Ince Film Kalinliginin Ölçülmesini Saglayan Bir Ölçüm Cihazi (1)" ile ilgili çok çesitli uygulamalarin gelistirilmesi mümkün olup, bulus burada açiklanan örneklerle sinirlandirilamaZ, esas olarak istemlerde belirtildigi gibidir. TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR