CN108507661A - 用于准确快速测量表面波波速的双探头压电传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一款用于准确快速测量表面波波速的双探头压电传感器，包括压电探测器主体和探头，其特征在于，在主体上开设有两个平行的通孔，所述的探头为双探头，在通孔内设置有与通孔尺寸相配合的绝缘环，两个探头分别固定在每个绝缘环内，探头的端部设置有劈尖。本发明可以提高表面波波速测量的准确性。
Description
技术领域
本发明属于无损检测和超声表面波技术领域，涉及一种压电探测器。
背景技术
超大规模集成电路的快速发展对ULSI互连布线系统提出了更大的挑战。在国际半导体技术发展路线图中指出，为了正确表征low-k互连薄膜的机械特性、粘附特性等参数，需要发展先进的测试技术。传统的方法有划痕法、四点弯曲法、粘揭法、拉伸法等。但这些方法都会对薄膜造成损伤，且测量结果的可靠性差。表面波法具有无损、实验系统易操作、检测快速准确等突出优势，可应用于薄膜研究和制备过程的在线检测。表面波法通过匹配实验与理论频散曲线v(f)获得薄膜材料的相关参数。其中实验频散曲线是通过测量不同频率表面波在薄膜基底结构中的传播相速度获得，是表面波表征技术的核心。
目前，普遍使用的单探头压电探测器测量表面波相速度的基本原理是：如图1所示，表面波信号通过短脉冲紫外激光1激发，宽频带线响应压电探测器2检测。样片3与压电探测器2之间压合，一起固定在移动平台4之上。移动平台4的移动方向与短脉冲紫外激光1的位置垂直。通过移动平台4的移动，表面波在两个不同的位置被激发。两次激发时，短脉冲紫外激光1和压电探测器2之间的距离分别为x1和x2,表面波的相速度可以由公式(1)获得：
其中Φ1(f)和Φ2(f)分别代表在两个位置所测得的表面波信号的相位相角。
由于测量方式的限制，目前该单探头压电探测器在测量精度上还存在一定不足，在测量过程中，移动平台4从位置x1移动到位置x2时不可避免的会存在一定的位移误差，致使距离x2－x1产生一定测量误差。而在公式(1)中相速度的计算与距离x2－x1直接相关。因此采用移动平台4测量不同位置表面波信号的方式会使表面波相速度的计算产生相应的误差。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是克服现有技术的不足，对现有的单探头压电探测器进行改进提升，提供一种可以提高表面波波速测量准确性的双探头压电探测器。
一款用于准确快速测量表面波波速的双探头压电传感器，包括压电探测器主体和探头，其特征在于，在主体上开设有两个平行的通孔，所述的探头为双探头，在通孔内设置有与通孔尺寸相配合的绝缘环，两个探头分别固定在每个绝缘环内，探头的端部设置有劈尖。
本发明通过双探头压电探测器的设计，消除距离x2－x1的测量误差，提高表面波波速测量的准确性。本发明的技术方案如下：
附图说明
图1单探头压电探测器在不同位置检测声表面波示意图
图2双探头压电探测器示意图
图中编号说明：1短脉冲紫外激光；2单探头压电探测器；3样片；4移动平台；5紫铜探头；6劈尖；7绝缘环；8信号线；9压电探测器主体10压电探测器固定件。
具体实施方式
如图2所示，在压电探测器主体上开设有两个相互平行的通孔，直径为1cm、长度为3cm的紫铜探头5的下端被加工成劈尖6。在紫铜探头5的外部嵌套着材料为聚四氟乙烯的绝缘环7，绝缘环7内径1cm，外径1.4cm。绝缘环7起到绝缘的作用，避免紫铜探头5与压电探测器主体9相连，造成信号的干扰。紫铜探头5的上端与信号线8相连接，信号线8用于将探头5检测到的表面波信号传输到示波器中。图中两个由5，6，7，8组成的结构平行置于压电探测器主体9中组成双探头，两个劈尖6的距离被精确的设定为1.6cm。所以使用本压电探测器测量两个位置的表面波信号时，距离x2－x1被固定为1.6cm。因此本双探头压电探测器的使用可避免移动平台4造成的误差，提高表面波相速度测量的准确性。
1、将PVDF压电薄膜附于两个探头的劈尖6上，该薄膜具有很高的压电系数可将机械振动信号转化为电信号。
2、通过压电探测器主体9上的圆柱形连杆将探测器固定在样品之上，保证两劈尖6与样品贴紧压实。
3、将线性的脉冲激光投射与样品之上，调整激光位置使其与两劈尖6保持平行，对齐。
4、将两个紫铜探头5探测到的表面波信号输入到示波器中保存，并通过计算机对两信号进行傅里叶变换得到各自的相位相角Φ1(f)和Φ2(f)。
5、将两个位置的相位相角Φ1(f)，Φ2(f)和距离为1.6cm的x2－x1带入到公式(1)中，即可计算出表面波相速度。
Claims (1)
1.一款测量表面波波速的双探头压电探测器，包括压电探测器主体和探头，其特征在于，在主体上开设有两个平行的通孔，所述的探头为双探头，在通孔内设置有与通孔尺寸相配合的绝缘环，两个探头分别固定在每个绝缘环内，探头的端部设置有劈尖。
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