Tìm hiểu về cảm biến thạch anh Crystal Sensor – INFICON

Quartz Crystal Sensor – Cảm biến tinh thể thạch anh

Đây là loại vật tư tiêu hao dùng để đo sự tích lũy khối lượng, đo độ dày và tốc độ tại chỗ trong các ứng dụng liên quan đến phủ mạ chân không.

Quartz Crystal có vai trò rất quan trọng để theo dõi tỷ lệ lắng đọng  tại chỗ, thu thập dữ liệu đo chính xác, tối ưu hóa các ứng dụng trọng mạ PVD và tự động hóa quy trình khi kết hợp với bộ điều khiển màng mỏng như với dòng XTC/3S rất phổ biến dưới đây:

Phân loại Quartz Crystal

Tinh thể thạch anh có thể được phân loại theo 4 nhóm sau:

• Theo 2 loại đường kính (sizes): 14 mm (0.55 inch) và 12.4 mm (0.489 inch)
• Theo 2 loại tần số(frequency): 5 Mhz và 6 Mhz
• Theo 3 loại vật liệu: Gold, Silver và Alloy
• Theo 3 mẫu điện cực (electrode patterns):
• 
• Theo dạng đóng gói
• 

CÁCH CHỌN QUARTZ CRYSTAL-INFICON

Chọn được Quartz Crystal phù hợp nhất cho ứng dụng là yêu cầu rất quan trọng.

Các tinh thể thạch anh của INFICON không chỉ tương thích với thiết bị đo của chính hãng mà còn với mọi thiết bị tương ứng của hãng khác kể cả về đường kính cũng như tần số.

Tùy vào từng ứng dụng cụ thể, tinh thể INFICON dùng cho quy trình này sẽ tốt hơn khi dùng cho ứng dụng khác.

Khi tinh thể cảm biến được sử dụng tối ưu cho quy trình, nó sẽ có tuổi thọ lắng đọng lâu hơn, ít ồn hơn, tốc độ và độ dày nhỏ hơn (khi màn trập được mở) hoặc sẽ có tuổi đời sử dụng lâu nhất.

Lưu ý: Sensor Crystals có thương hiệu Maxtek do INFICON sản xuất , thường có hiệu suất thấp hơn một chút so với loại chính của INFICON nhưng bù lại được cung cấp với giá mềm hơn.

Dựa vào phần phân loại tinh thể thạch anh, ta có thể dễ chọn được loại thạch anh phù hợp với ứng dụng cụ thể qua 4 bước sau:

BƯỚC 1: Chọn cảm biến theo Đường kính

Có 2 loại kích thước phổ biến là 14 mm (0.55 inch) và 12.4 mm (0.489 inch)

BƯỚC 2: Chọn theo Tần số

Tùy vào thiết bị đo, ta có thể chọn loại có tần số là 5 Mhz hoặc 6 Mhz cho phù hợp.

Lưu ý: Cần đảm bảo rằng phần cài đặt tần số trong thiết bị phải khớp với tần số khởi động của cảm biến.

Tinh thể INFICON 6Mhz dùng được cho mọi thiết bị và cảm biến của INFICON cũng như hầu hết thiết bị của nhà sản xuất khác.

Tần số khởi động

Trong nhiều trường hợp, một tinh thể thạch anh hoàn toàn mới sẽ không có tần số chính xác là 5 Mhz hoặc 6 Mhz.

Điều này là bình thường do tinh thể đó thường phải dành từ 0-5% tuổi thọ (tiêu hao) do bị hao hụt trong quá trình sản xuất.

Nếu một tinh thể mới hiển thị 5% tuổi thọ đã bị tiêu hao, điều đó có nghĩa là tinh thể đó có thạch anh trống (blank crystals) hơi dày hơn bình thường (độ bền cơ học cao hơn) hay tấm điện cực dày hơn chút so với tiêu chuẩn (tính chất nhiệt và điện tốt hơn) hoặc là cả 2 trường hợp trên.

Độ dày dôi ra này khiến cho tần số khởi động thấp hơn giá trị định mức 5 Mhz hoặc 6 Mhz.

Những tinh thể mà tần số khởi động thấp hơn này đã được kiểm tra và kết quả hiển thị cho thấy rằng, các tinh thể của các thương hiệu mới thường bị tiêu hao 3-5% giá trị tần số, trong khi đó loại tinh thể tốt chỉ mất khoảng 0-2% cho tiêu hao.

BƯỚC 3: Chọn theo vật liệu điện cực

Sau khi chọn được đường kính và tần sốthì ta chọn tiếp loại vật liệu điện cực phù hợp.

Gồm có 3 loại: Vàng (Gold), Bạc (Silver) và Hợp kim (Alloy)

Vàng

• Vàng là vật liệu điện cực được sử dụng rộng rãi nhất, thể hiện hiệu suất tốt trong rất nhiều ứng dụng.
• Vàng cung cấp độ bám dính tốt, tuổi thọ tốt và tỷ lệ ồn thấp.
• Tinh thể vàng có thời hạn sử dụng không xác định

Bạc

• Các điện cực bạc có độ dẫn nhiệt cao, cho phép chúng truyền nhiệt từ  nguồn nóng bay hơi đến thân cảm biến làm mát bằng nước để giữ cho tinh thể không bị quá nóng
• Tinh thể bạc cung cấp độ bám dính tốt cho vật liệu được sử dụng trong lớp phủ quang học, mang lại tuổi thọ tinh thể tốt và tỷ lệ ồn thấp.
• Vì bạc bị xỉn màu do hydro sunfua hiện diện trong không khí, thời hạn sử dụng của tinh thể bạc thường giới hạn trong  vòng sáu tháng sau khi mở gói.

Lưu ý: Đối với tinh thể bạc thì sẽ luôn được INFICON đóng gói trong bao niêm phong chịu nhiệt, và được bảo vệ bởi khí trơ bên trong, giúp bảo quản chất lượng tinh thể tốt nhất trong quá trình vận chuyển và lưu trữ.

Hợp kim

• Điện cực hợp kim cung cấp độ bám dính tuyệt vời cho lớp phủ được sử dụng trong quang học và cũng có tác dụng hấp thụ ứng suất kéo và nén phổ biến ở một sốphim, từ đó tối đa hóa tuổi thọ tinh thể và giảm tỷ lệ
• tiếng ồn.
• Giá trị hoạt động có xu hướng cao hơn đối với tinh thể hợp kim so với tinh thể vàng.
• Thời hạn sử dụng của tinh thể hợp kim INFICON thường là sáu tháng.

BƯỚC 4: Chọn Mẫu điện cực

Mẫu điện cực có thể chia làm 2 dạng là có hình mỏ neo (Full pad/anchor pad) và không có mỏ neo (Full pad/both sides)

1. Dạng mỏ neo

Dạng mỏ neo sẽ có 2 loại là dạng mỏ neo đơn (single anchor) và dạng mỏ neo đôi (double anchor)

Tinh thể có dạng mỏ neo đôi cung cấp kết nối điện đáng tin cậy hơn và được khuyên dùng.

Các tinh thể này phải được đặt đúng hướng khi cho vào giá đỡ (holder) sao cho bề mặt được phủ của nó phải đối diện với nguồn lắng đọng (deposition source).

Bảng so sánh mẫu điện cực

ỨNG DỤNG

PHỦ QUANG HỌC (OPTICAL COATINGS)

1.Standard optical coatings

Biểu đồ dưới đây biểu thị sự thay đổi nhiệt độ từ nhiệt độ tinh thể tối ưu và tần số kết quả lỗi do nhiệt độ.

LƯU Ý: Nhiệt độ tối ưu hóa của Tinh thể nhiệt độ cao (120, 240 hoặc 285 ° C) là cũng như các tinh thể INFICON tiêu chuẩn (70 ° C) có được chuẩn hóa thành 0 để có thể so sánh phạm vi nhiệt độ của tất cả các dịch vụ trên một

đồ thị.

• Tinh thể 70 ° C hiển thị tần số hoạt động ổn định trong phạm vi nhiệt độ từ 59 đến 81 ° C.
• Tinh thể 120 ° C hiển thị tần số ổn định hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ 112 đến 128 ° C.
• Tinh thể 240 ° C hiển thị tần số ổn định hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ 235 đến 245 ° C.
• Tinh thể 285 ° C hiển thị tần số ổn định hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ 281 đến 289 ° C