Вихретоковый метод исследования неоднородностей и дефектов тонких металлических пленок.

Авторы

  • В.Н. Маликов
  • А.О. Катасонов
  • А.В. Ишков
  • Д.А. Фадеев
  • С.А. Войнаш
  • И.В. Ворначева
  • Р.Р. Загидуллин
  • П.А. Шмыкова

DOI:

https://doi.org/10.31489/2023No4/116-124

Ключевые слова:

тонкие пленки, металлы, вихретоковый преобразователь, исследования материалов, неоднородность пленки

Аннотация

Многообразие структуры и специфические свойства, связанные с малостью толщины тонких металлических пленок, приводит к тому, что их физические характеристики существенно отличаются от характеристик этих же материалов в массивном состоянии. Для определения характеристик тонких металлических пленок актуальна разработка новых методов неразрушающего исследования. В статье обосновываются достоинства метода вихретокового контроля для исследования поверхности тонких металлических пленок различных металлов. Представлена конструкция сверхминиатюрного вихретокового преобразователя, предназначенного для исследования электропроводности, толщины и степени повреждения тонких металлических пленок, а также сконструирован программно-аппаратный комплекс, позволяющий производить управление разработанным преобразователем. Исследование металлических пленок позволило показать неоднородность распределения вещества по поверхности подложки. Также была определена зависимость амплитуды сигнала разработанного преобразователя от толщины пленки. Для проверки получаемых результатов были проведены исследования светопропускания пленок фотометрическим методом. Сравнение результатов измерений, полученных двумя методами, показали высокую степень согласованности между двумя разработанными методами исследования пленок.

Библиографические ссылки

Mansurov G.N., Petriy O.A. Electrochemistry of thin metal films. Moscow. 2011, 351 p. [in Russian]

Yurkov V., Ryzhii V. Effect of Coulomb scattering on graphene conductivity. JETP Lett., 2008, Vol. 88, No. 5, pp. 370 – 373. doi:10.48550/arXiv.0807.3880

Khokhlov A. Novel highly elastic magnetic materials for dampers and seals: Part I. Preparation and characterization of the elastic materials. Polym. Adv. Technol., 2007, Vol. 18, No 11, pp. 883 – 890. doi:10.1002/pat.924

Kosobudskii I. Nanocomposites based on the cerium oxide nanoparticles and polyethylene matrix: Syntheses and properties. Acta Mater., 2008, Vol. 56, No.10, pp. 2336-2343. doi:10.1016/j.actamat.2008.01.019

Borodina I. Influence of conducting layer and conducting electrode on acoustic waves propagating in potassium niobate plates. IEEE Trans. on Ultrason. Ferroelectrics. and Freq. Cont., 2001, Vol. 48, No 2, pp. 624-626. doi:10.1109/58.911747

Whiteside P., Chininis J., Hunt H. Techniques and Challenges for Characterizing Metal Thin Films with Applications in Photonics. Coat, 2016, Vol. 6, No.3. doi:10.3390/coatings6030035

Wang Z., Han Y., Xu N. Characterization of Thin Metal Films Using Terahertz Spectroscopy. IEEE Trans. Terah. Sci. Tech., 2018, Vol. 99, pp.1-4. doi:10.1109/TTHZ.2017.2786692

Giurlani W., Berretti E. Measuring the Thickness of Metal Films: A Selection Guide to the Most Suitable Technique. Mater. Proc., 2020, Vol. 2, No. 1, pp. 12-35. doi:10.3390/CIWC2020-06823

Lu X. In-situ measurement of Cu film thickness during the CMP process by using eddy current method alone. Microelectronic Engineering, 2013, Vol. 108, pp. 66-70. doi:10.1016/j.mee.2013.03.046

Zheng Y. Noncontact thickness measurement of cu film on silicon wafer using magnetic resonance coupling for stress free polishing application. IEEE Access, 2019, Vol. 7, pp. 75330-75341. doi:10.1109/ACCESS.2019.2921005

García-Martín J., Gómez-Gil J., Vázquez-Sánchez E. Non-destructive techniques based on eddy current testing. Sensors, 2011, Vol. 11, No. 3, pp. 2525–2565. doi:10.3390/s110302525

Krause T.W. Simultaneous multiparameter measurement in pulsed eddy current steam generator data using artificial neural networks. IEEE Trans. Instrum. Meas., 2016, Vol. 65, No. 3, pp. 672-679. doi:10.1109/TIM.2016.2514778

Pasadas D.J. Inspection of cracks in aluminum multilayer structures using planar ECT probe and inversion problem. IEEE Trans. Instrum. Meas., 2017, Vol. 66, No. 5, pp. 920–927. doi:10.1109/TIM.2017.2682758

Bernieri A. Multifrequency excitation and support vector machine regressor for ECT defect characterization. IEEE Trans. Instrum. Meas., 2014, Vol. 63, No. 5, pp. 1272–1280. doi:10.1109/TIM.2013.2292326

Wang H., Li W., Feng Z. Noncontact thickness measurement of metal films using eddy-current sensors immune to distance variation. IEEE Trans. Instrum. Meas., 2015, Vol. 64, No. 9, pp. 2557–2564. doi:10.1109/TIM.2015.2406053

Yang H.-C., Tai C.-C. Pulsed eddy-current measurement of a conducting coating on a magnetic metal plate. Meas. Sci. Technol., 2002, Vol. 13, No. 8, pp. 1259–1265. doi:10.1088/0957-0233/13/8/313

Danon Y., Lee C., Mulligan C., Vigilante G. Characterizing tantalum sputtered coatings on steel by using eddy currents, IEEE Trans. Magn., 2004, Vol.40, No.4, pp. 1826-1832. doi:10.1109/TMAG.2004.828040

Ishkov A., Malikov V., Dmitriev S. Scanning steel junctions using eddy current probe. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, Vol. 1728. doi:10.1088/1742-6596/1728/1/012007

Bowler J.R., Norton S.J. Eddy current inversion for layered conductors. Res. Nondestr. Eval., 1992, Vol. 4, No. 4, pp. 205–219. doi:10.1007/BF01616488

Moulder J.C., Uzal E., Rose J.H. Thickness and conductivity of metallic layers from eddy current measurements. Rev. Sci. Instrum., 1992, Vol. 63, No. 6, pp. 3455–3465. doi:10.1063/1.1143749

Ping-jie H., Zhao-tong W. Inversion of thicknesses of multi-layered structures from eddy current testing measurements. J. Zhejiang Univ. Sci., 2004, Vol. 5, No. 1, pp. 86-91. doi:10.1007/BF02839318

Li Y., Chen Z., Mao Y., Qi Y. Quantitative evaluation of thermal barrier coating based on eddy current technique. NDT&E Int., 2012, Vol. 50, pp. 29–35. doi:10.1016/j.ndteint.2012.04.006

Li Y., Yan, B., Li W., Li D. Thickness assessment of thermal barrier coatings of aeroengine blades via dual-frequency eddy current evaluation. IEEE Magn. Lett., 2016, Vol. 7, pp. 1304905. doi:10.1109/LMAG.2016.2590465

Sethuraman A., Rose J.H. Rapid inversion of eddy current data for conductivity and thickness of metal coatings. J. Nondestruct. Eval., 1995, Vol. 14, No. 1, pp. 39–46. doi:10.1007/BF00735670

Tai C.-C., Rose J.H., Moulder J.C. Thickness and conductivity of metallic layers from pulsed eddy-current measurements. Rev. Sci. Instrum., 1996, Vol. 67, No. 11, pp. 3965–3972. doi:10.1063/1.1147300

Zhang D., Yu Y., Lai C., Tian G. Thickness measurement of multi-layer conductive coatings using multifrequency eddy current techniques. Nondestruct. Test. Eval., 2016, Vol. 31, No. 3, pp. 191–208. doi:10.1080/10589759.2015.1081903

Yu Y., Zhang D., Lai C., Tian G. Quantitative approach for thickness and conductivity measurement of monolayer coating by dual-frequency eddy current technique. IEEE Trans. Instrum. Meas., 2017, Vol. 66, No. 7, pp. 1874–1882. doi:10.1109/TIM.2017.2669843

Katasonov A.O., Malikov V.N., Dmitriev S.F. Scanning the thickness of conductive and dielectric coatings using superminiature eddy current probe. Lecture Notes in Civil Eng., 2021, Vol. 130. pp. 548 – 554. doi:10.1007/978-981-33-6208-6_54

Malikov V.N., Fadeev D.A., Dmitriev S.F. Study of surface and electrical conductivity of thin metal films of the Ni-Al system. Nanobiotechnology reports, 2021. Vol. 16. No. 2. pp. 261 – 265. doi:10.1134/S2635167621020051

Ishkov A.V., Malikov V.N., Sagalakov A.M. Subminiature eddy current transducers for thickness measurement problems. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2020, Vol. 49, No. 9, pp. 783 – 786. doi:10.3103/S105261882009006X

Ishkov A.V., Malikov V.N., Sagalakov A.M. Subminiature eddy-current transducers for conductive materials and layered composites research. Advances in Intelligent Systems and Computing, 2018, No. 692, pp. 655 – 665. doi:10.1007/978-3-319-70987-1_70

Загрузки

Опубликован

2024-01-04

Как цитировать

Маликов V., Катасонов A., Ишков A., Фадеев D., Войнаш S., Ворначева I., Загидуллин R., & Шмыкова P. (2024). Вихретоковый метод исследования неоднородностей и дефектов тонких металлических пленок. Eurasian Physical Technical Journal, 20(4(46), 116–124. https://doi.org/10.31489/2023No4/116-124

Выпуск

Раздел

Инженерия (техническая физика)

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)