Способ контроля тонких диэлектрических материалов по толщине Советский патент 1988 года по МПК G01N27/22 

4ib

00

о

00 ел

;о

Изобретение относится к иоэтаппо- му контролю физических парлметров, а именно к ({еразрушающему комтролю диэлектрических характеристик тонких диэлектрических материалов по толгци- не и определению глуби})ы залегания дефектов о

Цель изобретения - повышение точности измерения границы раздела каж- дого слоя и более точное определение физических параметров, каждого слоя путем плавно регулируемой глубины контроля и исключения из измерений областей предццущих слоев о

Способ контроля тонких диэлектрических материалов по толщине заключается в том, что низкопотенциальные и высокопотенциальные электроды устанавливают на исследуемом объек- те, подают напряжение одинаковых частоты и фазы на два высокопотенгщ- альных электрода. Второй высокопо- тенциальньш электрод, идентичный первому, располагают с противопо- ложной стороны поверхности материала напротив первого высокопотенциаль- ного электродао Дополнительный низкопотенциальный электрод, идентичный первому, располагают напротив низкопотенциального электрода также с противоположной cTopoh bi поверхности материала, плавно регулируют соотношение напряжений на высокопотенци- альных электродах, сохраняя алгебраическую сумму напряжений на высокопотенциальных электродах постояннойо По соотношению амплитуд напряжений на перъом и втором высокопотенциальных электродах судят о глубине контроля структуры диэлектрического материала, а по изменению емкостей между высокопотенциальными и низкопотенциальными электродами судят об. изменении физических параметров по глубине

На фиг„1 изображено пространственное распределение электрических полей в слое исследуемого материала, . помещенного в емкостный датчик, реализующий даиньш способ, на фиг о 2 и фиг.З - графики зависимостей емкостей электродов от значения напряжений на высокопотенциальных электродах.

Емкостньй датчик содержит два одинаковых высокопотенциальньк электрода 1 и 2, размещенных с двух сторон поверхности материала 3 один

Q 5

0 5

5

0

5

0

5

0

напротм другого, и днл одииакпнм.к низкопотенциальиьк электрода 4, 3, также размещенных с двух сторон поверхности материала 3 один iianiJo- тив другого. При таком расположении электродов создаются два электрических поля о Силовые линии первого электрического поля замыкаются на первый высокопотенциальный электрод 1 и ни;з- копотенциальный электрод 5, которые образуют емкость С j.j- . Ci-шовые линии второго электрического поля замыкаются на второй высокопотепциаль- ный 2 и низкопотенциальный 4 электроды, образующие емкость С 2-4- Границей раздела двух полей в силу симметрии расположения электродов относительно поверхности исследуемог о материала будет линия 00 , которая для нашего способа будет практически прямой и находится на расстоянии d от плоскости первого высокопотенциального электрода и d от плоскости второго высокопотенциального электрода. Если сумма напряжений па высокопотенциальных электродах 1 и 2 будет оставаться неизменной (V +v const), то при регулировании напряжений на электродах 1 и 2 будет происходить перераспределение полей, причем линия 00 будет плавно смещаться в сторону электрода с меньшим потенциалом, а отношение глубины контроля при этом будет определяться соотношением напряжений на электродах 1 и 2. Для определения рабочей области, т.е. пределов изменения напряжения на электродах 1 и 2, следует учесть, что при плавном уменьшении соотношения наступит момент, когда граница раздела полей совпадет с плоскостью, в которой лежат верхние электроды, и часть силовых линий замкнется на верхнем электроде с В результате емкость нижней пары электродов уменьшится и на графике зависимости емкостей C(V) появится точка поворота А (фиг„2)о Таким же образом можно определить н iжнюю точку поворота В, в которой произойдет совпадение границы раздела полей с плоскостью нижней пары электродов 1-5. Так как .электроды идентичны, то эти точки будут симметричны отноV i +V 1 - 2

Для определения границ неоднородности или границы раздела

сительно точки V, V

слоев необходимо рассмотреть зави- симости изменения емкостей нижней и верхней пар электродов от соотношения напряжений на электродах. Точкам графиков, в которьгх будет происходить изменение скорости изменения емкостей двух пар электродов, будет соответствовать граница раздела сред или граница неоднородности.

Рассмотрим пример контроля двухслойной среды из оргстекла и гети- накса

Толгдана гетинакса d 3,9 мм, толщина оргстекла d2 2,2 ммо Тети- накс прилегает к электродам 1-5, а оргстекло - к электродам 2-4о При плавном уменьшении соотношения происходит смещение границы контроля от нижней пары электродов к верхнейо Из графиков зависимости C(V) фиг.З видно, что емкость нижней пары электродов плавно увеличивается, затем в точке D происходит изменение скорости роста емкости С , что соответствует тому, что в область контроля нижней пары электродов попал слой оргстекла. При увеличении соотношения происходит смещение границы раздела в обратном направлении от верхней пары электродов к нижней о Емкость пары электродов С1-4 плавно возрастает, затем в точке D происходит изменение скорости роста емкости С ,-. и граница контроля переходит из оргстекла в гети- накс. Очевидно, что граница раздела двух сред будет соответствовать двум точкам D и D и одному и тому же соотношению Из графиков (фиг.З) находим, что скачкам скорост изменения емкости соответствует одно и то же соотношение 39/31, Так как для данного случая рабочей областью регулирования напряжений является область 21В iU, и Vj 49-в, то граница раздела оргстекла и гетинакса будет определяться соотношением (V, -21)/( 21) (39-21(/(31-. -21)18/10 1,8. Из сравнения соотношений:

dj -5;

де Vp V.

V,-Vo

. ------- граничные

жений; 21В,

значения напрявидно что глубина контроля лежит на расстоян 1и 39 мм от поверхности пер-

5

вой пары электродов 1-5 и является границей раздала гетинакса и оргстек ла. По изменению емкостей C.j и С.. можно определить диэлектрическую проницаемость гетинакса - 8,2 и оргстекла fc 3,5.

I

Измеряя емкости между высокопотенциальными и низкопотенциальными электродами в процессе изменения напряжений на высокопотенциальных электродах и зная рабочую область изменения .этих напряжений, можно

Ё1

из соотношения

0

V2- Vo

определить глубину контроля материала, а анализируя изменение скорости изменения емкостей, можно определять изменение диэлектрических свойств контролируемого материала по глубине с

0

5

0

5

5

0

5

Фо.рм ула из. обретен и.я

Способ контроля тонких диэлектрических материалов по толщине, заключающийся в том, что устанавливают на исследуемом объекте низкопотенциальные и высокопотенциальные электроды, подают напряжение одинаковой частоты и фазы на два высокопотен- циальных электрода, изменяют амплитуду напряжения между высокопотенциальными электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения границы раздела каждого слоя и более- точного определения физических параметров каждого слоя путем создания регулируемой глубины контроля, располагают второй высокопотенциальный электрод, идентичньм первому, с противоположной стороны поверхности материала напротив первого высокопотенциально- го электрода, дополнительный.низкопотенциальный .электрод, идентичньй первому низкопотенциальному электрог ду, располагают напротив низкопо- тенциального электрода также с противоположной стороны поверхности материала, регулируют плавно соотношение напряжений на высокопотенциальных электродах, сохраняя алгебраическую сумму напряжений на высокопотенциальных электродах постоянной , и по соотношению амплитуд напряжений на первом и втором высо- копотенциальных электродах судят о

514308596

глубине контроля структуры диэлек- и низкопотенциальны «1 электродами трического материала, а по изменению судят об изменениии физических па- емкостей между высокопотенциальными раметров по глубине.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может найти применение в контроле физических параметров материала по глубине« Цель изобретения - повышение точности измерения границ залегания неоднородностей, дефектов, а также границ раздела слоев. Сущность изобретения заключается в том, что с двух сторон поверхности материала напротив друг друга в одном направлении располагаются два идентичньк накладных измерительных конденсатора. Регулируя соотношение амплитуд напряжений на высокопотенциальных элек-- тродах, сохраняя алгебраическую сумму напряжений неизменной, регулируют глубину контроля каждого конденсатора о 3 ЯП о (О (Л

//

С(У

(nip)

io го 30 40 т бо

) 60 50 40 30 20 Ю

Фиг.2.

epue.i

СМ

av

60 55- 50 5 40 35

М

W 20 30 0 50- 60 - --I-I1 «

Фиг.З

(Пф)

60 «

СМ

60 55

50 45 40 35 f(6)