[发明专利]晶控仪的晶振片阻力损耗测量电路及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶控仪技术，特别是涉及一种晶控仪的晶振片阻力损耗测量电路及其测量方法的技术。

背景技术

晶控膜厚控制仪是利用石英晶片的谐振频率与膜层厚度之间的关系来控制膜层厚度的真空镀膜过程控制装置，主要由带有石英晶片的晶振探头，及用于测量石英晶片谐振频率的晶振频率测量电路，用于控制镀膜速率的膜速控制电路组成，在晶振频率测量电路中设有振荡器，晶振探头安装在真空镀膜设备的真空室内，晶振探头上的石英晶片的一侧表面暴露在蒸发源的上方。

在对样品片进行真空镀膜过程中，膜料会沉积在石英晶片及样品片上，石英晶片的谐振频率会随着膜料沉积而降低，晶控膜厚控制仪利用晶振频率测量电路测量石英晶片的谐振频率变化，根据谐振频率与膜层厚度的转换关系，得出沉积膜层厚度，及沉积膜层在不同时刻的厚度差，即可得到膜料沉积速率，然后再通过PID算法控制蒸发源的功率，以得到稳定的趋于设计速率的沉积速率。由于石英晶体片在一段频率变化范围内，与膜层厚度变化成线性关系，使得晶控膜厚控制仪相对于其他膜厚控制方法（例如光学控制法），更便于石英晶片镀膜的沉积速率控制，因此晶控膜厚控制仪已经逐渐成为真空镀膜设备的标准控制仪器之一。

对于晶控仪来说，晶振片频率及其变化是膜厚计算的依据，频率测量是所有晶控仪的核心。目前常规晶控仪提供的原始数据也仅限于振荡频率，对于晶振片的其他参数没有提供。晶控仪使用的晶振片，通常为AT切割方式，在常温附近有良好的频率温度特性，其声学振荡为厚度剪切模式。在真空镀膜过程中，为了保证晶振片的温度稳定，探头部位需要通冷却水。

在真空镀膜控制过程中，由于晶振片温度较低，尤其是没有离子源辅助或低速率的热蒸发成膜过程，因此晶振片表面沉积的膜层粗糙度较大，结构疏松，应力大。晶振片内部声学剪切振荡波传播到晶振片表面的疏松或有裂纹膜层时，会有较大的振荡能量损耗，会导致晶振片Q值降低，电学等效电阻变大。这种损耗越大，晶振片的谐振频率稳定性就越低，甚至不再振荡；晶振片的谐振频率不稳定反应在对真空镀膜的膜料沉积速率控制上的后果是速率不稳定，而晶振片不振荡则会导致对真空镀膜的膜料沉积速率控制失效。这种由于晶振片自身损耗变大带来的不稳定，使得晶控仪难以继续进行真实有效的速率控制。另外，当发生这种速率不稳定现象时，晶控仪上的厚度记录也将难以准确。这在晶控仪的应用中是应该尽量避免的。

在真空镀膜成膜过程中，发生晶控速率不稳的原因较多，晶振片自身损耗变大仅是其中之一却也是最致命的，因为这种情况下，晶控仪厚度记录也是不准确的，而且没有重复性。晶振探头加工不良、电极污染、安装不良、电缆破损、晶振片不良、新晶振片表面受到污染等情况在只有频率测量的晶控仪上也得不到有效反应，目前还没有测量晶振片损耗的有效方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能测量晶振片阻力损耗，避免因晶振片损耗大而引起的膜料沉积速率控制不稳定现象发生的晶控仪的晶振片阻力损耗测量电路及其测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种晶控仪的晶振片阻力损耗测量电路，涉及待测晶振片，其特征在于：该电路包括微处理器、正弦信号发生器，及两个电压跟随回路，所述两个电压跟随回路分别为第一电压跟随回路、第二电压跟随回路；

所述微处理器设有一控制信号输出端、一测量信号输入端，微处理器的控制信号输出端接到正弦信号发生器的控制信号输入端；

所述第一电压跟随回路的输入端接到正弦信号发生器的信号输出端，第一电压跟随回路的输出端经一分压电阻接到第二电压跟随回路的输入端；

所述第二电压跟随回路的输出端依次经一整流回路、一滤波回路、一电平变换回路、一模数转换器接到微处理器的测量信号输入端；

所述待测晶振片的一个电气连接端接地，另一个电气连接端接到第二电压跟随回路的输入端。

进一步的，所述整流回路采用的是全波整流回路。

进一步的，所述滤波回路采用的是低通滤波回路。

本发明所提供的晶控仪的晶振片阻力损耗测量电路的测量方法，其特征在于：

将晶控仪的待测晶振片与晶控仪的电路分离，再将待测晶振片的额定谐振频率值设定为扫描频率上限值，将扫描频率上限值减去1兆赫后所得到的值设定为扫描频率下限值；

利用微处理器向正弦信号发生器输出控制信号，使正弦信号发生器向待测晶振片输出正弦波测试信号，通过微处理器测量出待测晶振片在不同频率正弦波测试信号下的振荡幅度，并对此进行归一化处理；

归一化处理的具体步骤如下：