171618. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés rétegvastagság mérésére
5 171618 6 1 -z 2 ahol i 0x(z) = —= e -z[l-0(z)] 2 Z >2 és 0(z> = —7= / e L dz' a Gauss-féle hibaintegrál, vrr 0 A (2) és (2a) egyenletekben J a hőáramsűrűséget,Ka fajlagos hővezetőképességet, „a" a hőmérsékletvezetési együtthatót (a hőmérsékletvezetési együttható definíció szerint egyenlő a fajlagos hőellenállás, a sűrűség és a fajhő szorzatainak reciprokával) és t az idő jelenti. A fenti egyenletek akkor igazak pontosan, ha a réteg és a hordozó fajlagos hővezetőképessége és hőmérsékletvezetési állandója egyenlő. Ez a közelítés azonban a gyakorlati esetekben a végleges megoldást legfeljebb 10—20%-ra módosítja. A 2. ábrán bemutatjuk a réteg és a hordozó közötti határréteg hőmérsékletének időbeli változását különböző x vastagságú rétegek esetén. A hőmérséklet a réteg szabad felülete maximális TFmix hőmérsékletének (ez függ a hőimpulzus t0 időtartamától és amplitúdójától) %-ában van kifejezve. Ha pl. a maximális felületi hőmérséklet 100 C°-kai magasabb a környezet T0 hőmérsékleténél és a réteg és a hordozó abszolút termofeszültség együtthatóinak eltérése 1 juV/C°, akkor a 2. ábra ordinátáján szereplő számok juV-okat jelentenek. A hőközlés t0 = 100 nsec széles, gyors felfutású négyszögimpulzusnak vettük, és a = 1 cm2 /sec. A T hőmérséklet időbeli változása látható módon igen erősen függ a réteg x vastagságától. A 2. ábrán az 5, 10, 15, 20, 30 és 40 \im vastagságok esetén tüntettük fel a T/TFmtx időbeli változását. Ugyancsak függ a változás a réteg szerkezetétől is, pl. ha a réteget két különböző anyagú réteg alkotja. Az (1) egyenlet alapján látható, hogy hőimpulzussal való gerjesztés esetén a 2. ábrán szemléltetett görbéknek megfelelő lefutású V termofeszültség mérhető az 5 és 6 szondák között. A találmány szerint eme V termofeszültség mérésével határozzuk meg a 2 réteg vastagságát. A mérést előnyösen az alábbi módok egyik szerint végezhetjük: 1. A termofeszültség időbeli lefutásának alkalmas megjelenítő eszközön, pl. katódsugár oszcilloszkópon való megjelenítésével és vizuális megfigyelésével. 2. A szondákon levő feszültség csúcsértékének mérésével. 3. A szondákon levő feszültség csúcspontja időbeli késleltetésének mérésével. 4. Mérve a szondákon levő feszültség csúcsértékének és egy megválasztott időpontban felvett értékének, vagy két megválasztott időpontban felvett értékének viszonyát. 5. A szondákon levő periodikus feszültség amplitúdójának vagy egy referenciához viszonyított fáziskésésének mérésével. A 3. ábra diagramja a Tp /T Fmax %-os értékét a réteg x vastagságának függvényében mutatja a 2. ábra diagramjához tartozó adatok mellett. A Tp a T hőmérséklet csúcsértéke. A 4. ábra diagramján az A görbe a Tp /T(10/is) értékét, a B görbe a T (1 ju) T(10jLts) értékét mutatja a réteg a vastagságának függvényében, ugyancsak a 2. ábra diagramjához tartozó adatok mellett. A T(jiis) a T hőmérséklet t= 1 \is értékhez, T(10^s) a T hőmér-5 séklet t = 10 (is értékhez tartozó értéke. Az ábrán jól látható, hogy a B görbe viszonylag széles rétegvastagság tartományban közel lineáris. Az 5. ábra az 5 és 6 szondákon levő feszültség csúcspontja időbeli késleltetésének mérésére alkal-10 mas 8 jelkiértékelő egység tömbvázlatát mutatja. Az 1 hordozón levő 2 réteg szabad felületét 10 lézersugárforrás világítja meg. A 10 lézersugárforrás impulzusát 15 vezérlőegység indítja, és az indítással együtt 12 bistabü multivibrátort egyik állapotába 15 billenti, valamint digitális 16 számlálót nulláz illetve prezetel. Az 5 és 6 szondák 11 erősítőn és 14 differenciálótagon át 13 nullkomparátorra vannak csatlakoztatva, amely 13 nullkomparátor kimenete a 12 bistabü multivibrator másik állapotába 20 billentő bemenetéhez van csatlakoztatva. A 12 bistabü multivibrator egyik állapotához tartozó kimenete 17 kapuáramkör, előnyösen ÉS-kapu egyik bemenetére van kapcsolva, amely 17 kapuáramkör másik bemenetére 18 órajelgenerátor csatlakozik. A 25 17 kapuáramkör kimenete a 16 számláló léptetőbemenetére van kapcsolva. A lézersugár impulzus indításakor a 16 számláló nullázódik, illetve az áramkörben fellépő áUandó késleltetéseknek megfelelően megválasztott alap-30 értékre lesz beállítva, és egyben a 18 órajelgenerátor a kinyitó 17 kapuáramkörön át léptetni kezdi a 16 számlálót. A léptetés mindaddig tart, míg a 13 nullkomparátor bemenetén zérus feszültséget nem érzékel, amely zérus feszültség a 14 35 differenciálótag bemenetén levő feszültség csúcsértékének felel meg. A 6. ábra az 5 és 6 szondákon levő feszültség mintavételezésével nyert két érték hányadosát mérő 8 jelkiértékelő egység tömbvázlatát mutatja. Az 1 40 hordozón levő 2 réteg szabad felületét a 10 lézersugárforrás világítja meg, amelyek impulzusát a 15 vezérlőberendezés 24 kimenetén levő jel indítja. Az 5 és 6 szondákon levő feszültség all erősítőn át 20 és 21 mintavevő és tartó áramkörre kerül, 45 amelyeknek mintavételezését a 15 vezérlőegység 25 illetve 26 kimenetén levő, a 24 kimenet jeléhez képest különböző mértékben késleltetett jelek vezérlik. Például a 25 kimenet jele 1 jus-nal, a 26 kimenet jele 10/is-nal van késleltetve a 24 kimenet 50 jeléhez képest. Ily módon 22 hányadosmérő bemeneteire az 5 és 6 szondákon levő feszültség két időpillanatban felvett értékei kerülnek, kimenetén pedig - amely 23 kijelzőegységhez van csatlakoztatva — a két érték hányadosával arányos jel je-55 lenik meg. A 6. ábra szerinti berendezés egyszerű módosításával olyan kapcsolást nyerhetünk, amely a szondákon levő feszültség csúcsértékének és egy kiválasztott pl. a t = 10/xs időpülanatban felvett érté-60 kének hányadosát méri. Ehhez csupán a 20 mintavevő és tartó áramkör helyett egy csúcsdetektort keU beiktatni. Ebben az esetben a 15 vezérlőegység 25 kimenetére nincs szükség. A 7. ábrán 5 és 6 szondákon levő feszültség 65 fáziskésését detektáló (8 jelkiértékelő egység) egy-3
