INFICON XTC/3 Thin Film Deposition Controller Operating Manual - Handbuch (Seite 205)

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XTC/3 Gebrauchsanleitung
8.1.5 ModeLock Oszillator
INFICON hat ein neues Verfahren entwickelt, das keinen aktiven Oszillator
benötigt und somit dessen Beschränkungen vermeidet. Bei diesem neuen
Verfahren wird die Reaktion des Quarzes auf eine angelegte Frequenz ständig
geprüft, nicht nur um seine Resonanzfrequenz zu bestimmen, sondern auch um
sicherzustellen, dass der Quarz auf der gewünschten Mode schwingt.
Diese neue Methode ist grundsätzlich immun gegen Modensprünge und die sich
daraus ergebenden Ungenauigkeiten. Die Methode ist schnell und genau. Die
Quarzfrequenz lässt sich mit einer Ungenauigkeit von weniger als 0,05 Hz bei einer
Abtastrate von 4 Hz bestimmen. Wegen der Fähigkeit dieser Anordnung,
bestimmte Schwingungsmoden des Quarzes erst zu identifizieren und dann zu
messen, ergeben sich neue Geräteeigenschaften, die den zusätzlichen
Informationsgehalt dieser Moden nutzen. Dieses neue „intelligente“
Messverfahren nutzt die Phasen/Frequenz-Eigenschaften des Quarzes zur
Bestimmung der Resonanzfrequenz aus. Bei diesem Verfahren wird eine mit einer
bestimmten Frequenz erzeugte Sinuswelle an den Quarz angelegt, und es wird
dann die Phasendifferenz zwischen der angelegten Signalspannung und dem
durch den Quarz hindurchfließenden Strom gemessen. Im Serienresonanzpunkt
beträgt die Phasendifferenz genau 0 Grad; d.h. der Quarz verhält sich wie ein
reiner Ohmscher Widerstand. Durch Trennung der angelegten Spannung und dem
Strom, der vom Quarz zurückkommt sowie durch Überwachung des
Ausgangssignals durch einen Phasenkomparator ist es möglich festzustellen, ob
die angelegte Frequenz höher oder niedriger ist als die Resonanzfrequenz des
Quarzes. Bei Frequenzen weit unterhalb der Grundfrequenz ist die
Quarzimpedanz kapazitiver und bei Frequenzen, etwas über der Resonanz, ist sie
induktiver Natur. Diese Informationen sind wertvoll, wenn die Resonanzfrequenz
des Quarzes nicht bekannt ist.
Ein schneller Frequenzdurchlauf kann somit erfolgen, bis sich eine Änderung am
Ausgang des Phasenkomparators ergibt. Dies kennzeichnet die Resonanz. Für
Quarze mit AT-Schnitt ist bekannt, dass die niedrigste so festgestellte Frequenz die
Grundfrequenz ist. Resonanzen bei etwas höheren Frequenzen sind
anharmonische. Diese Informationen sind nicht nur bei der Initialisierung nützlich,
sondern auch in den seltenen Fällen, wo das Gerät die Grundfrequenz nicht mehr
verfolgen kann. Nachdem einmal das Frequenzspektrum des Quarzes bestimmt
worden ist, ist es die Aufgabe des Gerätes, die sich ändernde Resonanzfrequenz
zu verfolgen und periodisch eine Frequenzmessung durchzuführen die dann
Berechnung der Schichtdicke erlaubt. Der Einsatz dieses „intelligenten“
Messverfahrens bietet eine Reihe von offensichtlichen Vorteilen gegenüber der
vorherigen Gerätegeneration mit aktivem Oszillator, nämlich Immunität gegen
Modensprünge, die Messgeschwindigkeit und die Genauigkeit der Messungen.