книги / Неразрушающий контроль параметров тонких проводящих пленок электромагнитными методами

висимость выходного сигнала от проводимости квадрата поверх­ ности покрытия Ys =lJZs и величины зазора h через функцию

(M l)

Исследуем функцию от зазора f(h/a) для различных соотно­ шений ci/c2 с учетом определенности W2/W j для известных Сь с2 на основании уравнения (3.28) и табл. 3.1.

На рис. 3.19 и 3.20 представлены зависимости функции f(h/a) от относительного зазора Ahja= (h -c i)la для различных преоб­ разователей. Как видно из рисунка, путем подбора соотношения обмоток можно добиться подавления зависимости от зазора Ah/a в определенных пределах его изменения.

3.2. Дифференциальные накладные преобразователи

93

Рис. 3.21 Зависимость функции /(Л/а) для С|/а=0,05 при 0,15 (/); 0,25 (2); 3 — Г 2/П?,= 1,8 вместо 2,05 для с2/а = 0,25

Таким образом, для идеальных дифференциальных трехобмо­ точных преобразователей с пренебрежимо малым сечением обмо­ ток молено путем изменения геометрии подобрать такой режим, при котором возможна хорошая отстройка от вариации зазора.

Для реальных преобразователей соотношение W2/\Vi при оп­ ределении функции f(hfa) будет немного заниженным, что, од­ нако, не меняет физического смысла разработанной методики.

На рис. 3.21, например, представлены зависимости /(Л/а), причем кривая 3 построена по вырал<ению (3.31) для занижен­ ного значения W2IW\ = \ $ вместо 2,05 согласно табл. 3.1. Следо­ вательно, и для реальных преобразователей возможна простая реализация разработанного метода. При этом настройка и кон­ струкция приборов при использовании предлагаемого метода упро-

Рис. 3.22. Экспериментальная зависимость вы­ ходного сигнала от зазора для реального пре­ образователя при контроле алюминиевых по­ крытий: Kg=0,85 (/); 1,35 (2); 2,35 (3) См/П

щаются: напряжение от генератора переменного тока частотой, выбранной с учетом условия Ь2> 40, подается на питающую об­ мотку, с выхода включенных встречно измерительных обмоток полезный сигнал подается на усилитель и индикатор.

На рис. 3.22 представлена экспериментальная зависимость, снятая данным методом для преобразователя с Ci/a=0,08, с2/а= =0,5, а —13 мм при частоте питающего генератора около 300 кГц. Как видно из рисунка, при изменении относительного зазора в пределах 0—2 мм выходной сигнал изменяется менее чем на 2%.

Таким образом* проведенные исследования позволили разрабо­ тать с помощью предложенной методики простые вихретоковые методы контроля параметров тонких металлических покрытий на диэлектрических подложках с отстройкой от вариации зазора между дифференциальным трехобмоточным преобразователем и покрытием.

3.3. КОНТРОЛЬ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПРОВОДЯЩИХ д и с к о в ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

В главе 2 и параграфах 3.1, 3.2 описаны методики рас­ чета взаимодействия электромагнитных полей и методы контроля тонких проводящих пленок, размеры которых намного больше раз­ меров преобразователей (граничные условия на бесконечности). В реальных условиях иногда приходится сталкиваться с издели­ ями (например, диски), размеры которых сравнимы с размерами измерительных преобразователей. В этом случае требуется реше­

к плоским тонким проводящим покрытиям, пленкам и специльным структурам (полупроводники, проводящая бумага) круглой формы (диски) с целью разработки вихретоковых методов контроля на основе полученных аналитических зависимостей [27, 46].

Решается задача взаимодействия неоднородного поля (часто­ той аз) вихретокового накладного преобразователя радиусом а с количеством витков W (с пренебрежимо малым сечением об­ мотки) с тонким (выполняется условие (2.2)) концентрически рас­ положенным на расстоянии h проводящим диском радиусом р<а с импедансом квадрата поверхности Zs.

Уравнение Гельмгольца после преобразования Фурье—Бесселя

полупространства, в котором находится преобразователь) запи­ шутся как [46]

z-v±00

98 3. Вихретоковые методы контроля тонкопленочных структур

(3.45)

(2t—l)!!(2t—3)!!

[(2i)!!]2

Подставляя (3.45) в выражение (3.43) после последовательного разложения в ряды по-ц^-|ууи | и математических преобразова­

x [ J i 2'+2/,(i;/)d |]} d i/.

Интеграл в квадратных скобках [46]

Таблица 3.2

приведены значения этой функции, вычисленные с точностью до члена а 12 из выражения (3.56) для различных а и у. Точность для

Таким образом, зная геометрические размеры (диаметр пре­ образователя, диаметр контролируемого тонкого проводящего диска и расстояние от него до преобразователя (параметры а, у)), по табл. 3.2 и рис. 3.23 можно найти значение функции Fi(a, у). Подставляя полученное значение и известные ©, a, W, а, у в вы­ ражение (3.55), находим коэффициент пропорциональности между Явн и Ys=y/Zs. Измеряя активную составляющую вносимого в параметрический преобразователь сопротивления, определяем зна­ чение его поверхностного импеданса.

Решение поставленной задачи, следовательно, позволяет создать метод и аппаратуру для контроля импеданса квадрата поверх­ ности тонких проводящих покрытий и пленок круглой формы (диски) при помещении их на некотором расстоянии от вихрето­ кового преобразователя.

Таким образом, получено аналитическое выражение, связываю­ щее параметры вихретокового преобразователя с размерами и электрофизическими свойствами исследуемых проводящих дисков (аналитическая зависимость от диаметра диска и расстояния до преобразователя).

Экспериментальная проверка должна заключаться в исследо­ вании справедливости зависимости (3.55) от геометрических раз­ меров (зазора h) образцов.

Экспериментальными исследованиями образцов (Zs) разного