ISO/FDIS 23216

Carbon based films -- Determination of optical properties of amorphous carbon films by spectroscopic ellipsometry

Films à base de carbone -- Détermination des propriétés optiques des films de carbone amorphe par ellipsométrie spectroscopique

Standards Content (sample)

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 23216
ISO/TC 107
Carbon based films — Determination
Secretariat: KATS
of optical properties of amorphous
Voting begins on:
2021­01­19 carbon films by spectroscopic
ellipsometry
Voting terminates on:
2021­03­16
Films à base de carbone — Détermination des propriétés optiques des
films de carbone amorphe par ellipsométrie spectroscopique
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO­
ISO/FDIS 23216:2021(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN­
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2021
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ISO/FDIS 23216:2021(E)
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Published in Switzerland
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ISO/FDIS 23216:2021(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Test specimen preparation ........................................................................................................................................................................ 1

5 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 2

6 Procedure..................................................................................................................................................................................................................... 2

6.1 Treatment of specimen before test ........................................................................................................................................ 2

6.2 Preparation for test ............................................................................................................................................................................. 2

6.3 Testing conditions for test ............................................................................................................................................................. 2

6.4 Optical model for analysis ............................................................................................................................................................. 3

6.5 Number of test repeats .................................................................................................................................................................... 3

7 Classification of test results ...................................................................................................................................................................... 3

8 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 3

Annex A (normative) Classification method for amorphous carbon films by optical properties .........5

Bibliography ................................................................................................................................................................................................................................ 7

© ISO 2021 – All rights reserved iii
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ISO/FDIS 23216:2021(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non­governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 107, Metallic and other inorganic coatings.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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ISO/FDIS 23216:2021(E)
Introduction

This document provides a determination method and a classification for optical properties of

amorphous carbon films by spectroscopic ellipsometry.
2 3

Amorphous carbon films have a structure, containing both sp and sp bonded carbon atoms and

in several cases also hydrogen. There are graphite-like, polymer-like, glass-like and diamond-like

carbon films. Because of their outstanding mechanical properties, amorphous carbon films are used

in various hard coating applications on hard metals, e.g. as protective coatings against wear and

corrosion in automotive parts. Biomedical and optical applications on alternative substrate materials

such as silicon and glass have become more and more important. Currently, amorphous carbon films

are classified into several types with regard to their chemical structures, and each type is selectively

used according to its appropriate application. For an easy classification of amorphous carbon films, an

optically quantified phase fingerprint with high accuracy is provided as a result of an international

interlaboratory comparison.

The optical properties of refractive index n and extinction coefficient k determined by spectroscopic

ellipsometry are the key quantities for the proposed classification of amorphous carbon films. The

interlaboratory comparison demonstrated that a classification within the n­k plane is feasible for

all types of amorphous carbon films. This will be beneficial for the identification of the coating type

on alternative substrate materials (such as silicon and glass) and additional industrial applications.

Spectroscopic ellipsometry as a fast and non-destructive analytical method can also be applied

to quality control and development in industrial applications, given that smooth and well-defined

substrate materials are used and appropriate modelling is applied.

This document is intended to implement recommended ellipsometric test conditions and the n­k plane

classification scheme of amorphous carbon films on silicon wafers.

This document is useful for the complementary optical property classification and quality control of

amorphous carbon films.

As amorphous carbon films show a huge diversity of structure and properties, it is crucial to select

the appropriate type of amorphous carbon film to exploit their excellent
...

PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 23216
ISO/TC 107
Films à base de carbone —
Secrétariat: KATS
Détermination des propriétés
Début de vote:
2021-01-19 optiques des films de carbone
amorphe par ellipsométrie
Vote clos le:
2021-03-16
spectroscopique
Carbon based films — Determination of optical properties of
amorphous carbon films by spectroscopic ellipsometry
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 23216:2021(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
TION NATIONALE. ISO 2021
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ISO/FDIS 23216:2021(F)
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Publié en Suisse
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ISO/FDIS 23216:2021(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Préparation de l'éprouvette ...................................................................................................................................................................... 1

5 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 2

6 Mode opératoire.................................................................................................................................................................................................... 2

6.1 Traitement de l'éprouvette avant l'essai ........................................................................................................................... 2

6.2 Préparation de l'essai ........................................................................................................................................................................ 2

6.3 Conditions de réalisation de l'essai ....................................................................................................................................... 2

6.4 Modèle optique pour l'analyse .................................................................................................................................................. 3

6.5 Nombre de répétitions de l'essai ............................................................................................................................................. 3

7 Classification des résultats de l'essai .............................................................................................................................................. 3

8 Rapport d'essai ...................................................................................................................................................................................................... 3

Annexe A (normative) Méthode de classification des films de carbone amorphe par les

propriétés optiques ........................................................................................................................................................................................... 5

Bibliographie .............................................................................................................................................................................................................................. 7

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ISO/FDIS 23216:2021(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO, participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ patents).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 107, Revêtements métalliques et

autres revêtements inorganiques.

Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent

document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l'adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
iv © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 23216:2021(F)
Introduction

Le présent document fournit une méthode de détermination et une classification des propriétés

optiques des films de carbone amorphe par ellipsométrie spectroscopique.
2 3

Les films de carbone amorphe ont une structure constituée d'atomes de carbone sp et sp liés entre

eux, et dans plusieurs cas également d'hydrogène. Ce sont des films de carbone de type graphite,

de type polymère, de type vitreux et de type diamant. En raison de leurs propriétés mécaniques

exceptionnelles, les films de carbone amorphe s'utilisent dans diverses applications de revêtement

des métaux durs, par ex. les revêtements de protection contre l'usure et la corrosion sur les pièces

automobiles. Les applications dans les domaines du biomédical et de l'optique sur des matériaux de

substrats alternatifs tels que le silicium et le verre sont en plein essor. Actuellement, les films de carbone

amorphe sont classés en différents types en fonction de leur structure chimique, et chaque type de film

est choisi en fonction de l'application à laquelle il est destiné. Pour faciliter la classification des films de

carbone amorphe, une mesure quantitative optique des phases très précise est fournie à la suite d'une

comparaison internationale interlaboratoires.

Les propriétés optiques de l'indice de réfraction n et du coefficient d'extinction k, déterminées par

ellipsométrie spectroscopique, sont les grandeurs clé pour la classification proposée des films de

carbone amorphe. La comparaison inter-laboratoires a démontré qu'une classification dans le plan n-k

est possible pour tous les types de films de carbone amorphe. Cela sera utile pour l'identification du

type de revêtement sur des matériaux de substrat alternatifs (tels que le silicium et le verre) et d'autres

applications industrielles. En tant que méthode analytique rapide et non destructive, l'ellipsométrie

spectroscopique peut également s'appliquer au contrôle de la qualité et au développement dans des

applications industrielles étant donné que des matériaux de substrat lisses et bien définis sont utilisés

et qu'une modélisation appropriée est appliquée.

Le présent document vise à établir des conditions d'essai par ellipsométrie recommandées ainsi que le

schéma de classification du plan n-k des films de carbone amorphe sur des plaquettes de silicium.

Le présent document est utile pour la classification complémentaire des propriétés optiques et pour le

contrôle de la qualité des films de carbone amorphe.

Les films de carbone amorphe présentant une grande diversité de structure et de propriétés, il est

crucial de choisir le type de film de carbone amorphe approprié pour exploiter au mieux leurs excellentes

propriétés selon l'usage recherché. Les films à base
...