QCM怎么监控膜厚

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QCM（石英晶体微量平衡法）通过石英晶体的共振频率变化实时监控膜层厚度，具体原理和应用如下：

• 基本原理‌
  QCM的核心是压电石英晶体，其共振频率会随表面沉积物质的质量变化而发生偏移。根据公式 ‌Δf = -k·Δm‌（Δf为频率变化，k为晶体常数，Δm为质量变化），通过监测频率变化可间接推算出膜层质量，进而转换为物理厚度。例如，镀膜过程中每沉积一层材料，晶体表面质量增加，导致频率降低，系统根据预设关系实时计算厚度。
• 应用过程‌
  
  • ‌安装位置‌：石英晶体传感器通常安装在真空镀膜腔体内，靠近基材或蒸发源，直接接触镀膜材料蒸气。
  • ‌实时反馈‌：QCM将频率变化信号传输至控制系统，动态调节蒸发速率、溅射时间等参数，如通过PID算法控制挡板开闭以维持目标沉积速率。
  • ‌适用场景‌：广泛应用于半导体、光学镀膜等领域，尤其适用于纳米级薄膜的实时监控，如原子层沉积（ALD）过程。
    
• 优势与局限‌
  
  • ‌优势‌：实时性强（响应速度达毫秒级）、灵敏度高（可检测亚纳米级厚度变化）、非破坏性测量。
  • ‌局限‌：
    
    • 仅测量质量而非光学厚度，需依赖材料密度进行换算，对多孔或低密度膜层误差较大；
    • 高温或高应力环境下可能因晶体性能变化导致精度下降；
    • 无法直接反映折射率等光学特性，需结合光学监控法（如干涉法）进行互补。
      
• ‌与其他技术的协同应用‌
  在高精度镀膜中，QCM常与光学监控法（如反射光谱或椭圆偏振法）联合使用：QCM控制物理厚度和沉积速率，光学监控校准光学厚度和折射率，形成闭环控制系统。例如，在多层光学薄膜制备中，QCM用于稳定蒸发源，而光学传感器在关键层切换时触发终止信号。