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Was ist Schichtdickenmessung?


Schichtdickenmessung mittels Transmission
Unter der Annahme, dass eine diffuse dünne Schicht (im μm-Bereich liegend) auf eine optisch transparente Folie (z.B. 100 μm dick) aufgetragen wird, kann die Dicke der diffusen Schicht mittels optischer Transmission hochgenau ermittelt werden.

Schichtaufbau:

 
Messprinzip
Als Lichtquelle wird eine LED-Matrix verwendet [Weißlicht (VIS) oder Infrarotlicht (IR bei 860 nm)]. Je nach Beschaffenheit und Dicke der Schicht wird eine diffuse Lichtquelle (SI-SLU-16-DIF bzw. SI-SLU-16-DIF-IR) oder aber eine Lichtquelle mit geringer numerischer Apertur (nahezu parallel gerichtetes Licht) eingesetzt (SI-SLU-16 bzw. SI-SLU-16-IR).

Als Detektor dient ein sogenannter True-Color-Farbdetektor mit geringer numerischer Apertur (kleine Eingangsöffnung) vom Typ SPECTRO-3-SLU-SA oder aber ein Kontrastsensor für den sichtbaren Lichtanteil SPECTRO-1-SLU-SA bzw. für den IR-Anteil SPECTRO-1-SLU-SA-IR.

Gemessen wird mittels Durchlichtverfahren, d.h. Sender und Empfänger sind auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der zu untersuchenden Schicht angeordnet


 
Nachdem das Licht senderseitig auf die diffuse Schicht auftrifft (I0), wird es von dieser in den gesamten Raum diffus gestreut, ein kleiner Ausschnitt davon gelangt nun in Richtung Empfänger (I(d)).
 
Dabei gilt folgender Zusammenhang
 
                                     

 
 
 

 
Damit ergibt sich für eine Schichtdickenänderung folgendes:

 

 
 

Ein Abgleich des Sensorsystems auf die tatsächliche Schichtdicke kann vorgenommen werden, falls die Dicke von zwei Proben bekannt ist: d1, d2

Damit kann dann I(d1) und I(d2) gemessen werden.
Ermitteln der Konstante ε·c:
 
 
Des Weiteren kann die Konstante K·I0 mit Hilfe von ε·c und I(d1) bestimmt werden (es wird davon ausgegangen, dass sich während der Messung I0 nicht ändert).
 

Mit
kann dann die absolute Schichtdicke ermittelt werden.
   

Messaufbau
Die Schichtdicke wird vom Messsystem (je nach Typ) ab Analogwert (Spannung bzw. Strom) oder aber über die serielle Schnittstelle ausgegeben.
 


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