Microbalances à quartz : principe de fonctionnement

Les microbalances à quartz (QCM) sont utilisées pour mesurer, in situ et en temps réel, l’épaisseur des couches minces déposées sous vide.

Principe de fonctionnement :

Le principe de mesure est basé sur la modification de la fréquence d’oscillation d’un crystal piézoélectrique, provoquée par une surcharge en masse. En effet, lorsqu’une fine couche de matière est déposée à la surface d’un crystal de quartz, sa fréquence de résonance varie de façon proportionnelle à la masse de la couche déposée. On utilise des quartz monocristallins de coupe AT calés sur les fréquences 5 MHz ou 6 MHz. Les quartz de fréquence nominale 6 MHz sont dédiés aux bâtis les plus récent - ceux en 5 MHz sont typiquement utilisés dans les bâtis BALZERS et équivalents. 

La sonde de mesure est installée dans l’enceinte à vide, au plus près du substrat sur lequel se fait le dépôt (cf. photo ci-dessous). En connaissant la densité de la couche déposée, l’épaisseur de la couche est calculée en temps réel. Des mesures initiales par micro-pesée (nano-pesée pour les couches très minces) ou par mesure d’épaisseur sur le substrat permettent de pré-étalonner le système.

Neyco propose deux chaînes de mesure par microbalance (QCM) 

1) Microbalance à Quartz avec Oscillateur comprenant :

  • 1 sonde porte-quartz, refroidie par circulation d’eau
  • 1 passage étanche avec les 2 tubes pour l'eau + une traversée coaxiale électrique pour relier le quartz à l'oscillateur extérieur
  • 1 boîtier électronique oscillateur monté le plus près possible de la traversée cloison
  • ​1 boîtier électronique de mesure: contrôleur ou moniteur

 

2) Microbalance à Quartz (QCM) avec Q-Pod (connu aussi sous le nom de QPOD et STM-2) :

Le Q-pod remplace l’oscillateur et le moniteur, et permet l’acquisition des différents résultats de mesure directement sur un PC via le software dédié.

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