книги / Неразрушающий контроль параметров тонких проводящих пленок электромагнитными методами

Показания приборов ВИМП-13М в зависимости от времени для нуля и трех образцов по трем каналам

Показания приборов ВИМП-13 в зависимости от времени для нуля и образца 2

Показания одного канала приборов ВИМП-13 и ВИМП-13М в зависимости от

ВИМП-1.

Наличие трех каналов позволяет проводить контроль неодно­ родности покрытия по ширине металлизированной ленты, отра­ ботать технологию металлизации. К недостаткам прибора следует отнести ручную подстройку нуля прибора, что может снижать его точность и надежность при длительных циклах металлизации. Для повышения стабильности и надежности была разработана специ­ альная система автонастройки на оптимальный режим контроля

элементов, что также повышает стабильность и надежность при­ бора. Подробнее схема описана в главе 7.

Выпущена опытная партия приборов ВИМП-13 и ВИМП-13М. Вопрос их серийного выпуска для оснащения вакуумных установок остается открытым из-за трудностей организации выпуска на пред­ приятиях, изготовляющих установки (приборы являются одной из комплектующих частей установки), и незаинтересованности других предприятий в выпуске приборов в качестве комплектующих изде­ лий для установок.

5.5. ПРИБОРЫ ВИМП-31 И ВИМП-31М ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ КОНТАКТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА КРЕМНИЕВЫХ ДИСКАХ

На базе испытаний ВИМП-3, ВИМП-5 и ВИМП-12 в про­ изводственных условиях был разработан унифицированный (по схеме рис. 5.1) вихретоковый прибор ВИМП-31 [33, 34, 39, 65] с использованием накладных дифференциальных преобразователей (см. параграф 3.2). Прибор предназначался взамен ВИМП-3, имею­ щего нелинейную шкалу [76, 87, 104]. Так как работа прибора основана на использовании модели импедансной поверхности (вы­ полнение условия (2.2)) для контроля толщин металлических по­ крытий до 25 мкм, необходимо было снизить частоту питающего генератора до 12 кГц (обеспечение условия (2.2) и линейности вы­ ходного сигнала по толщине покрытия).

Прибор имеет отстройку от влияния зазора — изменение зазора между преобразователем и покрытием в пределах 1 мм вызывает изменение выходного сигнала менее чем на 2%, что позволяет ис­ пользовать его для контроля параметров движущихся изделий в процессе вакуумной металлизации. Погрешность измерений менее 5%. Шкала линейная. Прибор имеет два переключаемых диапазона измерения толщины алюминиевых, медных и серебряных покрытий: 0,1—2,5 и 0,1—25 мкм. Площадь контролируемых плоских изделий не менее 6x6 см2.

Прибор ВИМП-31 имеет ручную подстройку нуля между изме­ рениями. Разработана также его модификация (ВИМП-31М) с автоподстройкой нуля в промежутках между измерениями (см. главу 7).

На рис. 5.13 представлена блок-схема приборов ВИМП-31 и ВИМП-31М. Сигнал от ВЧ-генератора 1 (12 кГц) поступает на из­ лучающую обмотку дифференциального преобразователя 2. Вклю­ ченные встречно измерительные обмотки преобразователя подсое­ динены к блоку измерений 3, который обрабатывает полезный сиг­ нал с отстройкой от влияния зазора. С блока измерений сигнал подается на ВЧ-усилитель с амплитудным детектором 4, а затем — на один из входов схемы сравнения 5. На другой вход схемы, срав-

ром ВИМП-51М измеряют толщину металлических покрытий на стекле в диапазоне 0,01—1,0 мкм) с точностью более 5%. Мини­ мальная площадь измеряемой поверхности 2,5X2,5 см2.

Принцип работы приборов основан на взаимодействии ВЧэлектромагнитного поля (200 кГц) дифференциального преобразо­ вателя с тонким металлическим покрытием (см. параграф 3.2) [66]. При разработке приборов использована методика отстройки от влияния зазора между измерительным преобразователем и по­ крытием (см. п. 3.2.2) [38]. Изменение зазора на 0,5 мм вызывает изменение выходного сигнала менее чем на 2%. В приборах ис­ пользованы схемы автоподстройки нуля в промежутках между измерениями [38, 39]. Все это позволило значительно повысить точность и стабильность работы приборов по сравнению с извест­ ными аналогами.

Приборами ВИМП-51, ВИМП-52, ВИМП-53 и ВИМП-51М (рис. 5.15) [148] можно измерять как толщину металлического по­ крытия в диапазоне 0,001—1,0 мкм при удельном сопротивлении материала покрытия от 10~6 до 10-8 Ом-м или при наличии пред­ варительной градуировки по эталонным образцам, так и прово­ димость квадрата поверхности покрытий в диапазоне 0,01— 10 Ом/m. По известной толщине покрытия, определенной другим методом, можно также вычислить удельное сопротивление мате­ риала покрытия в диапазоне 10-6—10-8 Ом-м.

Упрощенная блок-схема приборов ВИМП-51 и ВИМП-51М представлена на рис. 5.16 [38]. ВЧ-генератор 1 питает излучаю­ щую обмотку четырехобмоточного дифференциального преобра­ зователя. 2. Три включенные последовательно-встречно измери­ тельные обмотки подсоединены к резистивно-емкостному делителю с варикапом VD1 (реактивный управляемый элемент), который подключен к схеме управления 5. Полезный сигнал через ВЧ-уси- литель с амплитудным детектором и усилителем постоянного тока 3 подается на цифровой индикатор 4. Со входа индикатора 4 постоянное полезное напряжение подается также на схему управ­ ления 5, которая устанавливает рабочее напряжение варикапа в промежутках между измерениями, соответствующими нулевому уровню выходного сигнала (один из способов автоподстройки нуля в промежутке между измерениями). Схема автоподстронки нуля, использующая варикап в качестве управляющего элемента, обладает некоторыми недостатками: изменение чувствительности при сильных изменениях управляющего напряжения; узкий диа­ пазон управления нулем прибора (±5% от максимальных пока­ заний шкалы).

В приборах ВИМП-52 и ВИМП-53, а также в серийно выпус­ каемом, начиная с конца 1987 г., приборе ВИМП-51М использо­ вана схема автоподстройки нуля на основе управления сдвигом постоянного напряжения на входе амплитудного ВЧ-детектора [39] (подробнее см. в главе 7). Для повышения стабильности и