观而的取 晶振片知识 积而愿 上式的物理意义是,若厚度为d的石英晶体增加厚度厶do,则晶体的振动频率变化了凵f,式 中的负号表示晶体的频率随着膜厚的増加而降低。然而在实际镀膜时,淀积的是各种膜料, 而不都是石英晶体材料。所以我们需要把石英晶体厚度增量厶d通过质量变换表示成为膜层 厚度增量厶dm。即 其中pm为膜层的密度 po石英晶体的密度(265×103kg/m3) 把(4)式代入(3)式中,有 △f P N p po do Pg 人 N 4=sMn或Mdn=(1/s)4 式中s称为变换灵敏度 对于某一种确定的镀膜材料,φ为常欻,在膜层不很厚,即淀积的膜层质量远小于石英 芯片质量时,固有频率变化不会很大。这样我们可以近似地把s看成为常数,于是由(6)式表达 的石英晶体频率的变化Δf与淀积薄膜厚度厶dm就有了一个线性关系。因此我们可以借助检测 石英晶体固有频率的变化,实现对膜厚的监控。显然这里有一个眀显的妤处,随着镀膜时膜 层厚度的増加,频率单调地线性下降,不会出现光学监控系统中控制信号的起伏,并且很容 易进行微分得到淀积速率的信号。因此,在光学监控膜厚时,还得用石英晶体法来监控淀积 速率,我们知道淀积速率稳定对膜材折射率的稳定性、产品的均匀性重复性等是很有好处和 有力的保证 最早的石英晶体膜厚监控仪就是直接用频率来读数,用频差对应厚度的。后来在数字电 路发展的基础上,人们采用了所谓周期法测厚原理。公式(5)中的f,严格一点应该表示为 f=f0.fm,这样(6)经过简单变換可以写为: △T= (7) P 其中,T有载石英晶体振荡周期 第3页,共10页第 3 页，共 10 页 博观而约取 晶振片知识 广积而厚发 2 Q Q N f d d Δ =− Δ (3) 上式的物理意义是，若厚度为dQ的石英晶体增加厚度⊿dQ，则晶体的振动频率变化了⊿f，式 中的负号表示晶体的频率随着膜厚的增加而降低。然而在实际镀膜时，淀积的是各种膜料， 而不都是石英晶体材料。所以我们需要把石英晶体厚度增量⊿dQ通过质量变换表示成为膜层 厚度增量⊿dm。即﹕ ⊿dQ=(ρm/ρQ) ．⊿dm (4) 其中﹕ρm为膜层的密度﹔ ρQ﹕石英晶体的密度(2.65×103 kg/m3 ) 把(4)式代入(3)式中，有﹕ 2 2 m m m Q Q Q N f m f d d N ρ ρ ρ ρ Δ =− Δ =− Δ ii i d (5) 令 2 m Q f s N ρ ρ − = i ﹐则 m Δ= Δ f s d i 或 Δd s m = (1/ )Δf (6) 式中 s 称为变换灵敏度。 对于某一种确定的镀膜材料，ρm为常数，在膜层不很厚，即淀积的膜层质量远小于石英 芯片质量时，固有频率变化不会很大。这样我们可以近似地把s看成为常数，于是由(6)式表达 的石英晶体频率的变化⊿f与淀积薄膜厚度⊿dm就有了一个线性关系。因此我们可以借助检测 石英晶体固有频率的变化，实现对膜厚的监控。显然这里有一个明显的好处，随着镀膜时膜 层厚度的增加，频率单调地线性下降，不会出现光学监控系统中控制信号的起伏，并且很容 易进行微分得到淀积速率的信号。因此，在光学监控膜厚时，还得用石英晶体法来监控淀积 速率，我们知道淀积速率稳定对膜材折射率的稳定性、产品的均匀性重复性等是很有好处和 有力的保证。 最早的石英晶体膜厚监控仪就是直接用频率来读数，用频差对应厚度的。后来在数字电 路发展的基础上，人们采用了所谓周期法测厚原理。公式(5)中的f 2 ，严格一点应该表示为 f 2 =fQ．fm，这样(6)经过简单变换可以写为﹕ ( ) m 1 Q Q Q T TT d N m ρ ρ Δ = − =− Δ i (7) 其中，T﹕有载石英晶体振荡周期﹔