JP3045164B1 - ３次元電荷分布測定装置 - Google Patents
３次元電荷分布測定装置Info
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- JP3045164B1 JP3045164B1 JP11046708A JP4670899A JP3045164B1 JP 3045164 B1 JP3045164 B1 JP 3045164B1 JP 11046708 A JP11046708 A JP 11046708A JP 4670899 A JP4670899 A JP 4670899A JP 3045164 B1 JP3045164 B1 JP 3045164B1
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Abstract
【要約】
【課題】 パルス静電応力法により３次元の電荷密度分
布を測定することのできる３次元電荷分布測定装置を提
供する。 【解決手段】 試料１１の両面には、電極１２ａ，１２
ｂが設けられ、パルス電源１３から試料１１にパルス電
圧を印加して、試料１１内に弾性波を発生させるよう構
成されている。検出機構１４は、試料１１内の一部に焦
点を結ぶように配設された超音波レンズ１４ａと圧電素
子１４ｂとを具備しており、試料１１内で発生した弾性
波のうち、焦点付近の検出領域Ａで発生した弾性波のみ
を選択的に検出するとともに、検出領域Ａを走査できる
ように構成されている。
布を測定することのできる３次元電荷分布測定装置を提
供する。 【解決手段】 試料１１の両面には、電極１２ａ，１２
ｂが設けられ、パルス電源１３から試料１１にパルス電
圧を印加して、試料１１内に弾性波を発生させるよう構
成されている。検出機構１４は、試料１１内の一部に焦
点を結ぶように配設された超音波レンズ１４ａと圧電素
子１４ｂとを具備しており、試料１１内で発生した弾性
波のうち、焦点付近の検出領域Ａで発生した弾性波のみ
を選択的に検出するとともに、検出領域Ａを走査できる
ように構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス静電応力法
により３次元の電荷分布を測定する３次元電荷分布測定
装置に関する。
により３次元の電荷分布を測定する３次元電荷分布測定
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、試料内の電荷分布を測定する
技術として、パルス静電応力法が知られている。
技術として、パルス静電応力法が知られている。
【０００３】このパルス静電応力法は、図５に示される
ように、平板状の試料１の両面を電極２ａ，２ｂで挟
み、これらの電極２ａ，２ｂを介して、パルス電源３か
ら試料１にパルス電圧を印加し、試料１内に存在する電
荷に静電気力を作用させて、試料１内に弾性波を発生さ
せる。
ように、平板状の試料１の両面を電極２ａ，２ｂで挟
み、これらの電極２ａ，２ｂを介して、パルス電源３か
ら試料１にパルス電圧を印加し、試料１内に存在する電
荷に静電気力を作用させて、試料１内に弾性波を発生さ
せる。
【０００４】そして、電極２ｂの外側に貼り付けられた
圧電素子からなるセンサ４によって上記試料１内に発生
した弾性波を検出し、この検出信号をアンプ５によって
増幅して信号処理するようになっており、弾性波の信号
の遅れ時間が検出側からの距離を示すことから、パルス
電界の方向に一次元の電荷密度分布（電荷の位置、極
性、密度）を知ることができる。
圧電素子からなるセンサ４によって上記試料１内に発生
した弾性波を検出し、この検出信号をアンプ５によって
増幅して信号処理するようになっており、弾性波の信号
の遅れ時間が検出側からの距離を示すことから、パルス
電界の方向に一次元の電荷密度分布（電荷の位置、極
性、密度）を知ることができる。
【０００５】このようなパルス静電応力法によれば、例
えば、絶縁基板中の銅イオン等の絶縁材料中の電荷密度
分布を非破壊で測定することができる。
えば、絶縁基板中の銅イオン等の絶縁材料中の電荷密度
分布を非破壊で測定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術においては、試料の厚さ方向の一次元の電
荷密度分布しか検出することができなかった。このた
め、電荷密度分布のさらに詳細な情報を得ることのでき
る技術の開発が望まれていた。
た従来の技術においては、試料の厚さ方向の一次元の電
荷密度分布しか検出することができなかった。このた
め、電荷密度分布のさらに詳細な情報を得ることのでき
る技術の開発が望まれていた。
【０００７】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、パルス静電応力法により３次元の電荷密
度分布を測定することのできる３次元電荷分布測定装置
を提供しようとするものである。
されたもので、パルス静電応力法により３次元の電荷密
度分布を測定することのできる３次元電荷分布測定装置
を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の３次元電荷分布測定装置は、試料にパル
ス電圧を印加し、当該試料内に存在する電荷に静電気力
を作用させて弾性波を発生させるパルス電圧印加手段
と、前記試料内の一部に焦点を結ぶように配設され、当
該焦点付近で発生した弾性波のみを選択的に検出する検
出手段と、前記検出手段の前記焦点の位置を、前記試料
内を走査するよう移動させる走査手段とを具備したこと
を特徴とする。
に、請求項１の３次元電荷分布測定装置は、試料にパル
ス電圧を印加し、当該試料内に存在する電荷に静電気力
を作用させて弾性波を発生させるパルス電圧印加手段
と、前記試料内の一部に焦点を結ぶように配設され、当
該焦点付近で発生した弾性波のみを選択的に検出する検
出手段と、前記検出手段の前記焦点の位置を、前記試料
内を走査するよう移動させる走査手段とを具備したこと
を特徴とする。
【０００９】請求項２の３次元電荷分布測定装置は、前
記検出手段が、前記試料内の一部に焦点を結ぶように配
設された音響レンズ、又は前記試料内の一部に焦点を結
ぶように配設された曲面状の音響的なミラーと、弾性波
を検出する圧電素子とを具備したことを特徴とする。
記検出手段が、前記試料内の一部に焦点を結ぶように配
設された音響レンズ、又は前記試料内の一部に焦点を結
ぶように配設された曲面状の音響的なミラーと、弾性波
を検出する圧電素子とを具備したことを特徴とする。
【００１０】請求項３の３次元電荷分布測定装置は、前
記検出手段が、前記試料内の一部に焦点を結ぶように曲
面型に形成された圧電素子を具備したことを特徴とす
る。
記検出手段が、前記試料内の一部に焦点を結ぶように曲
面型に形成された圧電素子を具備したことを特徴とす
る。
【００１１】請求項４の３次元電荷分布測定装置は、前
記検出手段が、複数の圧電素子を配列して構成したアレ
イ型の検出器を具備したことを特徴とする。
記検出手段が、複数の圧電素子を配列して構成したアレ
イ型の検出器を具備したことを特徴とする。
【００１２】請求項５の３次元電荷分布測定装置は、前
記検出手段が、液体又はゲル状又はゴム状の弾性体を介
して前記試料内で発生した弾性波を測定するよう構成さ
れたことを特徴とする。
記検出手段が、液体又はゲル状又はゴム状の弾性体を介
して前記試料内で発生した弾性波を測定するよう構成さ
れたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。
づいて説明する。
【００１４】図１は、本発明の第１の実施形態を示すも
のである。同図に示すように、平板状に形成された試料
１１の両面には、電極１２ａ，１２ｂが、試料１１を挟
むように設けられており、これらの電極１２ａ，１２ｂ
には、パルス電源１３が接続されている。そして、パル
ス電源１３から、電極１２ａ，１２ｂを介して試料１１
にパルス電圧を印加するようになっており、試料１１内
に存在する電荷に静電気力を作用させて弾性波を発生さ
せるよう構成されている。
のである。同図に示すように、平板状に形成された試料
１１の両面には、電極１２ａ，１２ｂが、試料１１を挟
むように設けられており、これらの電極１２ａ，１２ｂ
には、パルス電源１３が接続されている。そして、パル
ス電源１３から、電極１２ａ，１２ｂを介して試料１１
にパルス電圧を印加するようになっており、試料１１内
に存在する電荷に静電気力を作用させて弾性波を発生さ
せるよう構成されている。
【００１５】また、試料１１の下側に設けられた電極１
２ｂの下方には、一定の空隙Ｓを設けて、試料１１内に
発生した弾性波を検出するための検出機構１４が設けら
れている。
２ｂの下方には、一定の空隙Ｓを設けて、試料１１内に
発生した弾性波を検出するための検出機構１４が設けら
れている。
【００１６】この検出機構１４は、試料１１内の一部に
焦点を結ぶように配設された音響レンズ（超音波レン
ズ）１４ａと、この超音波レンズ１４ａを介して弾性波
を検出する圧電素子１４ｂとを具備しており、試料１１
内で発生した弾性波のうち、超音波レンズ１４ａの焦点
付近で発生した弾性波のみを圧電素子１４ｂにより選択
的に検出するよう構成されている。また、この圧電素子
１４ｂで検出された弾性波の検出信号は、アンプ１５に
よって増幅され、図示しない信号処理装置に入力される
ようになっている。
焦点を結ぶように配設された音響レンズ（超音波レン
ズ）１４ａと、この超音波レンズ１４ａを介して弾性波
を検出する圧電素子１４ｂとを具備しており、試料１１
内で発生した弾性波のうち、超音波レンズ１４ａの焦点
付近で発生した弾性波のみを圧電素子１４ｂにより選択
的に検出するよう構成されている。また、この圧電素子
１４ｂで検出された弾性波の検出信号は、アンプ１５に
よって増幅され、図示しない信号処理装置に入力される
ようになっている。
【００１７】また、上記超音波レンズ１４ａと電極１２
ｂとの間の空隙Ｓには、液体またはゲル状またはゴム状
の物質であって、弾性波を伝達する弾性波伝達媒質１６
が満たされている。なお、このような弾性波伝達媒質１
６としては、例えば、水、水銀等を使用することができ
る。
ｂとの間の空隙Ｓには、液体またはゲル状またはゴム状
の物質であって、弾性波を伝達する弾性波伝達媒質１６
が満たされている。なお、このような弾性波伝達媒質１
６としては、例えば、水、水銀等を使用することができ
る。
【００１８】上記検出機構１４は、図示しない機械的な
駆動機構によって、図中矢印で示す方向およびこれと直
行する方向、つまり試料１１と平行な平面内（Ｘ−Ｙ平
面内）およびこの平面と直行する方向つまり試料１１の
厚さ方向（Ｚ方向）に移動可能とされ、これによって、
検出機構１４により弾性波が検出される検出領域Ａを、
試料１１内において走査できるように構成されている。
なお、検出機構１４側ではなく、試料１１側を移動させ
て上記検出領域Ａの走査を行うように構成することもで
きる。
駆動機構によって、図中矢印で示す方向およびこれと直
行する方向、つまり試料１１と平行な平面内（Ｘ−Ｙ平
面内）およびこの平面と直行する方向つまり試料１１の
厚さ方向（Ｚ方向）に移動可能とされ、これによって、
検出機構１４により弾性波が検出される検出領域Ａを、
試料１１内において走査できるように構成されている。
なお、検出機構１４側ではなく、試料１１側を移動させ
て上記検出領域Ａの走査を行うように構成することもで
きる。
【００１９】上記構成の３次元電荷分布測定装置では、
予め検出機構１４の位置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させ、
試料１１内の所望部位にその焦点が位置するよう調整し
ておく。
予め検出機構１４の位置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させ、
試料１１内の所望部位にその焦点が位置するよう調整し
ておく。
【００２０】そして、パルス電源１３から、電極１２
ａ，１２ｂを介して試料１１にパルス電圧を印加し、こ
の時に試料１１内で発生した弾性波を検出機構１４によ
って検出する。このパルス電圧としては、例えば、百ボ
ルト乃至十数キロボルト程度のパルス電圧を使用するこ
とができる。また、電極１２ａ，１２ｂとの間には、図
示しないバイアス電源から、必要に応じたバイアス電圧
（例えば０〜数十キロボルト）が印加されるようになっ
ている。
ａ，１２ｂを介して試料１１にパルス電圧を印加し、こ
の時に試料１１内で発生した弾性波を検出機構１４によ
って検出する。このパルス電圧としては、例えば、百ボ
ルト乃至十数キロボルト程度のパルス電圧を使用するこ
とができる。また、電極１２ａ，１２ｂとの間には、図
示しないバイアス電源から、必要に応じたバイアス電圧
（例えば０〜数十キロボルト）が印加されるようになっ
ている。
【００２１】なお、上記測定は、１つの検出領域Ａに対
して、複数回、例えば数十乃至千回程度行い、これらの
結果を平均化することによってＳ／Ｎ比を向上させるこ
とが好ましい。このため、パルス電圧は、例えば毎秒数
百回程度印加し、このパルス電圧の印加に同調させて圧
電素子１４ｂからの測定信号を抽出する。なお、この時
のパルス幅は、例えばナノ秒単位とする。
して、複数回、例えば数十乃至千回程度行い、これらの
結果を平均化することによってＳ／Ｎ比を向上させるこ
とが好ましい。このため、パルス電圧は、例えば毎秒数
百回程度印加し、このパルス電圧の印加に同調させて圧
電素子１４ｂからの測定信号を抽出する。なお、この時
のパルス幅は、例えばナノ秒単位とする。
【００２２】そして、１つの検出領域Ａに対する上述し
た測定が終了すると、検出機構１４を所定方向に所定距
離だけ移動させて再度同様な測定を行うという手順を繰
り返して行い、検出領域Ａを試料１１内で走査するよう
移動させることにより、試料１１の所望の領域につい
て、試料１１内の３次元の電荷密度分布を測定すること
ができる。
た測定が終了すると、検出機構１４を所定方向に所定距
離だけ移動させて再度同様な測定を行うという手順を繰
り返して行い、検出領域Ａを試料１１内で走査するよう
移動させることにより、試料１１の所望の領域につい
て、試料１１内の３次元の電荷密度分布を測定すること
ができる。
【００２３】なお、試料１１の厚さ方向（Ｚ方向）の電
荷密度分布についての情報は、前述したとおり弾性波の
検出時間の遅れから得ることができるので、上記検出機
構１４の走査は、Ｘ−Ｙ方向に行えばよいが、例えば厚
さの厚い試料１１について、さらに、厚さ方向（Ｚ方
向）の電荷密度分布についての精度の高い情報を得るた
めには、検出機構１４を厚さ方向（Ｚ方向）に走査し
て、試料１１内の３次元の電荷密度分布を測定すること
もできる。
荷密度分布についての情報は、前述したとおり弾性波の
検出時間の遅れから得ることができるので、上記検出機
構１４の走査は、Ｘ−Ｙ方向に行えばよいが、例えば厚
さの厚い試料１１について、さらに、厚さ方向（Ｚ方
向）の電荷密度分布についての精度の高い情報を得るた
めには、検出機構１４を厚さ方向（Ｚ方向）に走査し
て、試料１１内の３次元の電荷密度分布を測定すること
もできる。
【００２４】図２乃至図４は、本発明の第２乃至第４の
実施形態を示すものである。これらの実施形態は、上述
した第１の実施形態の検出機構１４に代えて、検出機構
２４、３４、４４を用いたものである。なお、これら第
２乃至第４の実施形態において、他の部分は、上述した
第１の実施形態と同様に構成されているので、同一部分
には同一符号を付して、重複した説明は省略する。
実施形態を示すものである。これらの実施形態は、上述
した第１の実施形態の検出機構１４に代えて、検出機構
２４、３４、４４を用いたものである。なお、これら第
２乃至第４の実施形態において、他の部分は、上述した
第１の実施形態と同様に構成されているので、同一部分
には同一符号を付して、重複した説明は省略する。
【００２５】図２に示される第２の実施形態では、第１
の実施形態の検出機構１４に代えて、検出機構２４が設
けられている。この検出機構２４は、試料１１内に焦点
を結ぶように配置された曲面状の音響的なミラー２４ａ
と、この曲面状の音響的なミラー２４ａを介して試料１
１内の弾性波を検出する圧電素子２４ｂとを具備してい
る。
の実施形態の検出機構１４に代えて、検出機構２４が設
けられている。この検出機構２４は、試料１１内に焦点
を結ぶように配置された曲面状の音響的なミラー２４ａ
と、この曲面状の音響的なミラー２４ａを介して試料１
１内の弾性波を検出する圧電素子２４ｂとを具備してい
る。
【００２６】また、図３に示される第３の実施形態で
は、第１の実施形態の検出機構１４に代えて、検出機構
３４が設けられている。この検出機構３４は、試料１１
内に焦点を結ぶように配置された曲面型の圧電素子から
構成されている。
は、第１の実施形態の検出機構１４に代えて、検出機構
３４が設けられている。この検出機構３４は、試料１１
内に焦点を結ぶように配置された曲面型の圧電素子から
構成されている。
【００２７】さらに、図４に示される第４の実施形態で
は、第１の実施形態の検出機構１４に代えて、検出機構
４４が設けられている。
は、第１の実施形態の検出機構１４に代えて、検出機構
４４が設けられている。
【００２８】この検出機構４４は、複数の圧電素子４４
ａを配列したフェイズドアレイセンサーから構成されて
おり、弾性波の伝達時間に応じて各圧電素子４４ａにお
ける検出タイミングを制御することにより、試料１１内
に発生した弾性波のうち、所望の焦点付近で発生した弾
性波のみを選択的に検出できるように構成されている。
この第４の実施形態では、電気的な制御により、検出機
構４４で検出する検出領域Ａの走査を行うことができ
る。
ａを配列したフェイズドアレイセンサーから構成されて
おり、弾性波の伝達時間に応じて各圧電素子４４ａにお
ける検出タイミングを制御することにより、試料１１内
に発生した弾性波のうち、所望の焦点付近で発生した弾
性波のみを選択的に検出できるように構成されている。
この第４の実施形態では、電気的な制御により、検出機
構４４で検出する検出領域Ａの走査を行うことができ
る。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように発明によれば、パル
ス静電応力法により３次元の電荷密度分布を測定するこ
とのできる装置を提供することかでき、電荷密度分布の
より詳細な情報を高速度で得ることができる。
ス静電応力法により３次元の電荷密度分布を測定するこ
とのできる装置を提供することかでき、電荷密度分布の
より詳細な情報を高速度で得ることができる。
【図１】本発明の第１の実施形態の３次元電荷分布測定
装置の概略構成を示す図。
装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態の３次元電荷分布測定
装置の概略構成を示す図。
装置の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第３の実施形態の３次元電荷分布測定
装置の概略構成を示す図。
装置の概略構成を示す図。
【図４】本発明の第４の実施形態の３次元電荷分布測定
装置の概略構成を示す図。
装置の概略構成を示す図。
【図５】従来の電荷分布測定装置の概略構成を示す図。
１１……試料 １２ａ，１２ｂ……電極 １３……パルス電源 １４……検出機構 １４ａ……音響レンズ（超音波レンズ） １４ｂ……圧電素子 １５……アンプ １６……弾性波伝達媒質 Ａ……検出領域 Ｓ……空隙
Claims (5)
- 【請求項１】 試料にパルス電圧を印加し、当該試料内
に存在する電荷に静電気力を作用させて弾性波を発生さ
せるパルス電圧印加手段と、 前記試料内の一部に焦点を結ぶように配設され、当該焦
点付近で発生した弾性波のみを選択的に検出する検出手
段と、 前記検出手段の前記焦点の位置を、前記試料内を走査す
るよう移動させる走査手段とを具備したことを特徴とす
る３次元電荷分布測定装置。 - 【請求項２】 前記検出手段が、前記試料内の一部に焦
点を結ぶように配設された音響レンズ、又は前記試料内
の一部に焦点を結ぶように配設された曲面状の音響的な
ミラーと、弾性波を検出する圧電素子とを具備したこと
を特徴とする請求項１記載の３次元電荷分布測定装置。 - 【請求項３】 前記検出手段が、前記試料内の一部に焦
点を結ぶように曲面型に形成された圧電素子を具備した
ことを特徴とする請求項１記載の３次元電荷分布測定装
置。 - 【請求項４】 前記検出手段が、複数の圧電素子を配列
して構成したアレイ型の検出器を具備したことを特徴と
する請求項１記載の３次元電荷分布測定装置。 - 【請求項５】 前記検出手段が、液体又はゲル状又はゴ
ム状の弾性体を介して前記試料内で発生した弾性波を測
定するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至４
のいずれか１項記載の３次元電荷分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11046708A JP3045164B1 (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | ３次元電荷分布測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11046708A JP3045164B1 (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | ３次元電荷分布測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3045164B1 true JP3045164B1 (ja) | 2000-05-29 |
| JP2000241475A JP2000241475A (ja) | 2000-09-08 |
Family
ID=12754871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11046708A Expired - Fee Related JP3045164B1 (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | ３次元電荷分布測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3045164B1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0301183D0 (en) * | 2003-01-18 | 2003-02-19 | Rolls Royce Plc | Electrostatic sensors |
-
1999
- 1999-02-24 JP JP11046708A patent/JP3045164B1/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000241475A (ja) | 2000-09-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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