171618. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés rétegvastagság mérésére
3 171618 4 egy további villamosan vezető hordozóra felvitt villamosan vezető etalon rétegen átmenő, a mérendő rétegen és hordozóján átmenő hőárammal azonos hőáramot hozunk létre, és a mérendő réteg és hordozó közötti termofeszültség mérése mellett mérjük az etalon réteg és a további hordozó közötti termofeszültséget, és a két termofeszültséget összehasonlítjuk. A találmány tárgya másrészt berendezés villamosan vezető hordozón levő legalább egy villamosan vezető réteg vastagságának mérésére. A berendezésnek a rétegen és a hordozón átmenő hőáramot létrehozó eszközei, a réteghez és a hordozóhoz csatlakoztatható fém szondái és a szondákhoz kapcsolt villamos jelkiértékelő egysége van. Előnyösen a réteghez csatlakoztatott szonda anyaga megegyezik a réteg anyagával, és a hőáramot létrehozó eszközöket a réteg szabad felületére lézersugár impulzust bocsátó lézersugárforrás és a hordozó szabad felületéhez csatlakoztatott hőnyelő — adott esetben a környezet — alkotják. Ebben az esetben a találmány szerinti berendezés jelkiértékelő egysége célszerűen oszcilloszkópot, csúcsdetektort és/vagy a lézersugár impulzus és a szondákon levő feszültség csúcsértéke közötti időkésleltetést mérő kapcsolási- elrendezést tartalmaz. Az időkésleltetést mérő kapcsolási elrendezés egy kiviteli alakjának a szondákhoz differenciálótagon át csatlakoztatott nullkomparátora van, amely nullkomparátor kimenete a lézersugár impulzussal együtt indított és órajelgenerátor által léptetett digitális számláló léptetését leállító kapuáramkörhöz van csatlakoztatva. A jelkiértékelő egység úgy is kialakítható, hogy az a szondákhoz csatlakoztatott két mintavevő és tartó áramkört, valamint ezek kimenetére kapcsolt hányadosmérőt, vagy a szondákhoz csatlakoztatott egy mintavevő és tartó áramkört, továbbá egy csúcsdetektort, valamint ezek kimenetére kapcsolt hányadosmérőt tartalmaz. Ha a berendezésnek stacionárius hőáromot létrehozó eszközei vannak, a jelkiértékelő egység a szondákhoz csatlakoztatott egyenfeszültségmérőből állhat. A találmány tárgyát a továbbiakban a rajzok alapján, előnyös kiviteli alakok ill. foganatosítási módok leírásával ismertetjük. Az 1. a találmány szerinti mérési elrendezés vázlatos elvi rajza, a 2. ábra a réteg és a hordozó közötti határréteg hőmérsékletének hőimpulzusra történő, különböző rétegvastagságok melletti változását szemléltető diagram, a 3. ábra a csúcsértéknek a rétegvastagságtól való függését mutató diagram, a 4. ábra a csúcsérték és egy megválasztott időpontban felvett érték viszonyának ill. két megválasztott időpontban felvett érték_ viszonyának a rétegvastagságtól való függését mutató diagram, az 5. ábra az időkésleltetést mérő kapcsolási elrendezés egyszerűsített tömbvázlatát, a 6. ábra két mintavételt biztosító jelkiértékelő egység egyszerűsített tömbvázlatát, a 7. ábra pedig a szondákon levő feszültség fáziskésése alapján történő mérés vázlatos elrendezési rajzát mutatja. Az 1. ábrán a találmány szerinti megoldás elvi felépítését szemléltetjük. Az ábrán villamosan vezető anyagú 1 hordozón a hordozónál jóval vékonyabb, ugyancsak villamosan vezető anyagú 2 5 réteg helyezkedik el. A 2 réteg szabad 4 felületén hőközlést alkalmazunk, például rövid ideig megvilágítjuk jól abszorbeálódó lézersugárral. A létrehozott hőáram a 2 rétegen és az 1 hordozón át a 3 hőnyelő felé folyik. A 2 réteg szabad 4 felüle-10 téhez és az 1 hordozóhoz termoelektromos 5 illetve 6 szondát csatlakoztatunk önmagában ismert módon amely szondákon levő termofeszültséget 7 műszerrel mérjük. A műszeren mérhető termofeszültség 15 V = (S0-SR)-(T 0 -T F )+(S H -S R )- (T'-T0 ) (1), ahol T0 a környezet, T F a réteg szabad felületének, T pedig a réteg és a hordozó közötti 20 határrétegnek a hőmérséklete, S0 a szondák, S R a réteg. SH pedig a hordozó abszolút termofeszültsége. A szóbanforgó esetben a hordozó és a hőnyelő közötti határréteg hőmérsékletét az egyszerűség kedvéért a környezet hőmérsékletével egyenlő-25 nek tekintettük, elég vastag hordozó esetén ez nagy pontossággal teljesül. Ugyancsak az egyszerűség kedvéért a környezet hőmérsékletét homogénnek tekintettük, a mérés elvégezhető azonban inhomogén, de az alkalmazott hőimpulzussal korrelá-30 cióban nem levő környezeti hőmérséklet esetén is. Az (1) egyenlet jobb oldalának első tagja a réteg szabad 4 felületének és az 5 szondának a hőcseréjétől függ. A formula impliciten feltételezi, hogy a szonda felületi rétege átveszi a réteg felü-35 leti hőmérsékletét. Amennyiben a 2 réteg és az 5 szonda azonos termofeszültségű anyagból készül, ez az első tag nem ad feszültséget. A továbbiakban ezt az egyszerűbb esetet vizsgáljuk. A feszültséget adó második tag szorzótényezője (SH — SR), ami 40 két különböző fém esetén 0,1-10 juV/C° nagyságrendű, különböző adalékoltsági szintű félvezető anyagpár esetén ennek sokszorosa, mV/C° nagyságrendű. Pl. aranyozott villamos csatlakozóknál, azaz vastag bronz vagy vörösréz hordozóra galvanizált 45 10—50/um vastagságú aranyréteg esetén, ez az érték réz-arany párna kb. 0,1-0,3 JUV/C° foszforbronz-arany kombinációnál pedig kb. 2ßVIC°. A T-T'-To hőmérséklet időbeli változását az x vastagságú réteg és a hordozó közötti határfelü-50 léten t0 időtartamú hőközlés esetén az alábbi egyenletek írják le (Karszlou, Eger: Teploprovogyimoszty Tverdih Tel, Nauka, Moszkva, 1967. II. § 9.): 2JVat / x \ ha 0 < t < t0
