SU1185199A1 - Измеритель толщины диэлектрических и полупроводниковых материалов - Google Patents

Abstract

ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ , содержащий последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности , первый балансный смеситель, второй вход которого подключен к выходу регулируемого по частоте СВЧ-генератора , и первый фильтр нижних частот , а также передающую антенну, приемную антенну, двухпозидионный управл емый переключатель, фазовый детектор и линию задержки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, между выходом приемной антенны и входом двухпозиционного управл емого переключател  последовательно включены второй балансный смеситель, второй вход которого соединен с выходом регулируемого по частоте СВЧ-генератора, и второй фильтр нижних частот, между выходом двухпозидионного управл емого переключател , второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот и входом линии задержки , и первым входом фазового детектора включен первый амплитудный ограничитель , между выходом линии задержки и вторым входом фазового детектора включен второй амплитудный ограничитель , а к выходу фазового детектора подключены последовательно компаратор и блок управлени , а также введены последовательно соединенные ге§ нератор счетных импульсов, временной селектор, счетчик импульсов и реги (Л стр, управл ющий вход регулируемого по частоте СВЧ-генератора подключен к выходу введенного генератора раз-вертки , при этом первый, второй, третий , четвертый и п тый выходы блока управлени  соединены соответственно 00 с управл ющими входами двухпозиционного управл емого переключател , геел нератора развертки, временного селектора , счетчика импульсов и регистра, ;О а его второй и третий входы соедине;о ны соответственно с выходом генератора развертки и через введенный делитель частоты с выходом генератора счетных импульсов, причем второй выход делител  мощности соединен с входом передающей антенны.

Description

1 1185

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  толщины различных листовых и рулонных синтетических материалов , а также пластин полупроводнико- j вых материалов.

Цель изобретени  - повышение точности .

На фиг. 1 приведена структурна  электрическа  схема измерител  толщи-fо ны диэлектрических и полупроводниковых материалов; на фиг, 2 - эпюры напр жений..

Измеритель толщины диэлектрических и полупроводниковых материалов содер-|5 жит стабилизованный по частоте СВЧ-генератор 1, передающую 2 и приемную 3 антенны, между которыми расположены контролируемый материал 4, первый и второй балансные смесители 5 и 6, . делитель 7 мощности, регулируемый по частоте СВЧ-генератор 8, первый и вто-рой фильтры 9, 10 нижних частот, двухпозиционный управл емый переключатель 11, линию задержки 12, первый и 25 второй амплитудные ограничители 13 и 14, фазовый детектор 15, компаратор 16, блок 17 управлени , генератор 18 счетных импульсов, делитель 19 частоты , временной селектор 20, счетчик 21 импульсов, регистр 22 и генератор 23 развертки.

Измеритель толщины диэлектрических и полупроводниковьпс материалов работает следующим образом.35

Сигнал СВЧ-генератора 1 стабильной частоты f поступает на передающую антенну 2, проходит контролируемый материал А и воспринимаетс  приемной антенной 3. При прохождении 40 сигнала через контролируемый материал 4 происходит изменение фазы сигнала на значение

(1) «

Д1/, /i-d 2)Г f

d.

где ib - фазова  посто нна ;

d - толщина контролируемого материала 4; - относительна  диэлектричес- 50

ка  проницаемость; С - скорость распространени  СВЧколебаний в свободном пространстве .

Прин тый приемной антенной 3 сиг- 55 нал поступает на вход балансного смесител  5, на второй вход которого пот стулает сигнал частоты fj от регулируе992

мого по частоте СВЧ-8 генератора. O tновременно сигнал СВЧ-генератора 1 через делитель 7 мощности поступает на второй балансный смеситель 6, второй вход которого также подключен к регулируемому по частоте СВЧ-генератру а.

В результате смешивани  колебаний частоты f и измен ющейс  во времени частоты f(t)oбpaзyютc  колебани  разностной частоты

f (t) f, - 3 (t), которые выдел ютс  первым и вторым фильтрами 9, 10 нижних частот.

При указанном состо нии двухпозицнонного управл емого переключател  11 сигнал разностной частоты fj с выхода первого фильтра 9 через линию задержки 12 и первый амплитудный ограничитель 13 поступает на один вход фазового детектора 15 с фазовым сдвигом

АЧ 2J fj. t , (2)

где tj- врем  задержки линии задержки 12

fJ - текущее значение разностной частоты.

На другой вход фазовпго детектора 15 сигнал разностной частоты поступает непосредственно с выхода пер вого фильтра 9 через двухпозиционный управл емый переключатель 11 и второй амплитудный ограничитель 14.

Выходной сигнал фазового детектора 15 с линейной амплитудно-фазовой характеристикой определ етс  выражением

it - Г,) (3) где S - чувствительность фазового

g детектора 15; - относительна  погрешность

чувствительности на частоте

3 ;

ли - абсолютна  погрешность нул  фазового детектора 15 на частоте f, .

С изменением разностной частоты f, по линейному закону (фиг. 2а) мен етс  соответственно и выходной сигнал фазового детектора 15 (фиг. 26), который поступает на компаратор 16. В момент времени, когда выходной сигнал фазового детектора 15 U становитс  равным опорному сигналу компаратора 16 U(,n на выходе ггоследнего по вл етс  импульсный сигнал U (фиг. 2в), поступающий в блок 17 уп равлени , который формирует из тактовых импульсов и (фиг. 2д), образованных делением частоты генератора 18 счетных импульсов (фиг. 2г), сигнал переключени  двухпозиционного управл емого переключател  11 (фиг. iZe). В другом положении двухпозиционного управл емого переключател  11 на выходе фазового детектора 15 образуетс  сигнал, пропорциональный разности фазовых сдвигов, вносимых линией задержки 12 и контролируемым материалом 4 S(1 + где у и uVy - погрешности фазового детектора 15 при новом значении текущей частоты fj . Одновременно с переключением и уменьшением выходного напр жени  фазового детектора 13 блок 17 с некото рой задержкой формирует сигнал, открывающий временной селектор 20. В результате этого счетные импульсы с выхода временного селектора 20 U2o (фиг. 2ж) начинают поступать в счетчик 21 импульсов, где накапливаютс  При дальнейшем увеличении разност ной частоты f, (фиг. 2а) наступает момент, когда выходной сигнал фазово го детектора 15 вновь становитс  рав ным опорному сигналу компаратора 16 (фиг. 26). Это состо ние соответствует равен ству и;, т.е. S(1+)2jr -fj tj + ДЦ S(l + y)(2l f Ж tj,- 2Tf, - -d) + лиг. Выбира  фазовый сдвиг, вносимый контролируемым материалом 4 на часто те f , значительно меньшим фазового сдвига, образованного линией :Jaдepжки 12 на разностной частоте fj , (dV д S,, ) можно обеспечить малое отличие разностной частоты fj от первоначального значени  f . Это позвол ет считать jf Уэ 1 - AUj , а равенство (5) привести к виду р t где К Tl Tr коэффициент пропорциональности . Возникший в момент равенства (5) импульс с выхода компаратора 16 посту пает на блок 17 управлени , который закрывает временной селектор 20 с той же временной задержкой, что и при открытии (фиг. 2ж). Записанное в счетчике 21 количество импульсов пропорционально разности частот fl - fj и, следовательно, согласно (6) - толщине контролируемого материала 4. С приходом очередного тактового импульса (фиг. 2д) блок 17 вьфабатывает сигнал на перезапись кода в регистр 22 (фиг. 2з), где он хранитс  до следующего измерени . Изменение разностой частоты по линейному закону обеспечивает генератор 23 разертки, управл ющий частотой регулируемого в небольших пределах по частоте СВЧ-генератора 8. По истечении времени развертки в блок 17 поступает сигнал стоп (фиг. 2и), под действием которого формируетс  сигнал Сброс (фиг. 2к), возвращаюш 1й измеритель в исходное состо ние. По окончании сигнала Сброс цикл измерени  повтор етс  в той же последов вательности.

Claims (1)

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащий последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности, первый балансный смеситель,· второй вход которого подключен к выходу регулируемого по частоте СВЧ-генератора, и первый фильтр нижних частот, а также передающую антенну, приемную антенну, двухпозиционный управляемый переключатель, фазовый детектор и линию задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, между выходом приемной антенны и входом двухпозиционного управляемого переключателя последовательно включены второй балансный смеситель, второй вход которого соединен с выходом регулируемого по частоте СВЧ-генератора, и вто- рой фильтр нижних частот, между выходом двухпозиционного управляемого переключателя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот и входом линии задержки, и первым входом фазового’ детектора включен первый амплитудный ограничитель, между выходом линии задержки и вторым входом фазового детектора включен второй амплитудный ограничитель, а к выходу фазового детектора подключены последовательно компаратор и блок управления, а также введены последовательно соединенные генератор счетных импульсов, временной селектор, счетчик импульсов и регистр, управляющий вход регулируемого по частоте СВЧ-генератора подключен к выходу введенного генератора развертки, при этом первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами двухпозиционного управляемого переключателя, генератора развертки, временного селектора, счетчика импульсов и регистра, а его Еторой и третий входы соединены соответственно с выходом генератора развертки и через введенный делитель частоты с выходом генератора счетных импульсов, причем второй выход делителя мощности соединен с входом передающей антенны.

   SU ...1185199

   1 1185