SU1657954A1 - Method of determination of physico-mechanical characteristics of thin films - Google Patents

Method of determination of physico-mechanical characteristics of thin films Download PDF

Info

Publication number
SU1657954A1
SU1657954A1 SU894647754A SU4647754A SU1657954A1 SU 1657954 A1 SU1657954 A1 SU 1657954A1 SU 894647754 A SU894647754 A SU 894647754A SU 4647754 A SU4647754 A SU 4647754A SU 1657954 A1 SU1657954 A1 SU 1657954A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
film
sample
ultrasound
frequency
measured
Prior art date
Application number
SU894647754A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ортаголи Шарипович Хакимов
Ефим Константинович Резник
Зуфар Алимович Джураев
Original Assignee
Специализированное Конструкторское Бюро С Опытным Производством Отдела Теплофизики Ан Узсср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Специализированное Конструкторское Бюро С Опытным Производством Отдела Теплофизики Ан Узсср filed Critical Специализированное Конструкторское Бюро С Опытным Производством Отдела Теплофизики Ан Узсср
Priority to SU894647754A priority Critical patent/SU1657954A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1657954A1 publication Critical patent/SU1657954A1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в научных исследовани х дл  определени  физико-механических свойств тонких пленок . Цель изобретени  - повышение информативности определени  информативности определени  толщины пленки, скорости и поглощени  в ней ультразвука (УЗ). В акустической системе возбуждают сто чие волны и измер ют значени  первых резонансных частот fz и fi с исследуемой пленкой и без нее соответственно. Затем, измен   частоту ВЧ-заполнени  УЗ-импуль- сов, добиваютс  услови  прозрачности образца дл  УЗ и измер ют соответствующую этому условию частоту fa, на этой частоте fa измер ют значени  амплитуд AI и А2 выходных импульсных УЗ-сигналов дл  акустической системы с исследуемым образцом и без него соответственно, по измеренным величинам определ ют толщину d пленки, скорость С распространени  ультразвука и коэффициент а поглощени  в исследуемой пленке по следующим формулам f3(f2-fi)/( f3(f2- -fi)/f2fi : 2f3/C0-f2-fi/f2fi- fa(f2- -fl)lnA2/Ai. 1 ил. СЛ сThe invention relates to a measuring technique and can be used in scientific research to determine the physicomechanical properties of thin films. The purpose of the invention is to increase the informative value of determining the informative value of determining the film thickness, speed and absorption of ultrasound in it. In a speaker system, standing waves are excited and the values of the first resonant frequencies fz and fi are measured with and without the film under study. Then, by changing the frequency of the RF filling of the ultrasonic pulses, the sample is transparent for the ultrasound and the frequency fa corresponding to this condition is measured, and the amplitudes AI and A2 of the output ultrasonic signals for the speaker with the test sample are measured at this frequency fa. and without it, respectively, the measured thickness d of the film, the propagation speed C of ultrasound and the absorption coefficient a in the film under study are determined using the following formulas f3 (f2-fi) / (f3 (f2-fi) / f2fi: 2f3 / C0- f2-fi / f2fiaf (f2- -fl) lnA2 / Ai. 1 ill. СЛ с

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в научных исследовани х дл  определени  физико-механических свойств тонких пленок .The invention relates to a measuring technique and can be used in scientific research to determine the physicomechanical properties of thin films.

Целью изобретени   вл етс  повышение информативности за счет определени  толщины пленки и скорости поглощени  в ней ультразвука.The aim of the invention is to increase the information content by determining the film thickness and the rate of absorption of ultrasound in it.

На чертеже приведена схема устройства , реализующего способ определени  физико-механических характеристик тонких пленок.The drawing shows a diagram of a device that implements a method for determining the physicomechanical characteristics of thin films.

Устройство, реализующее способ, содержит ВЧ-генератор 1, акустическую систему , содержащую излучающий 2 и приемный 3 пьезопреобразователи. иммерсионную жидкость 4 с известными скоростью распространени  ультразвука Со и коэффициентом а о поглощени  ультразвука (УЗ), исследуемый образец 5, усилитель 6, осциллограф 7, вольтметр 8, частотомер 9 с двум  входами а и б.A device that implements the method contains an RF generator 1, a speaker system containing a radiating 2 and receiving 3 piezo transducers. immersion liquid 4 with known speeds of ultrasound Co and ultrasound absorption coefficient a (ultrasound), test sample 5, amplifier 6, oscilloscope 7, voltmeter 8, frequency meter 9 with two inputs a and b.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Акустическую систему, состо щую из двух преобразователей, установленных так, что их рабочие поверхности параллельны между собой, помещают в иммерсионную жидкость 4 с известными значени ми скорооAn acoustic system consisting of two transducers installed so that their working surfaces are parallel to each other is placed in an immersion liquid 4 with known values soon

0101

ю с  -N u with -N

сти Со распространени  ультразвука и коэффициента а о поглощени  УЗ в ней и про- звучивают непрерывными ультразвуковыми колебани ми.Since the propagation of ultrasound and the absorption coefficient of ultrasound in it, is sounded by continuous ultrasonic vibrations.

Измен   частоту колебаний ультразвука с помощью генератора 1 и контролиру  амплитуду УЗ-сигнала с помощью вольтметра 8 и осциллографа 7, добиваютс  услови  резонанса, при котором в акустической системе возникают сто чие волны. Частотоме- ром 9 по входу б измер ют первую резонансную частоту fi, дл  которой из услови  резонанса следуетBy varying the oscillation frequency of the ultrasound with the aid of the generator 1 and controlling the amplitude of the ultrasonic signal with the aid of a voltmeter 8 and an oscilloscope 7, one obtains a resonance condition at which standing waves occur in the acoustic system. Frequency meter 9 on input b measures the first resonant frequency fi, for which it follows from the resonance condition

жидкостью 4 и, поддержива  на той же частоте fa ультразвуковой сигнал, измер ют на выходе акустической системы амплитуду А2 прин того на этой частоте УЗ-сигнала.liquid 4 and, maintaining the ultrasonic signal at the same frequency fa, measure the amplitude A2 of the ultrasonic signal received at this frequency at the output of the speaker system.

Коэффициенты а и а0 поглощени  УЗ в акустической системе с образцом и без образца соответственно удовлетвор ют следующим соотношени м:The ultrasonic absorption coefficients a and a0 in a speaker system with and without a sample, respectively, satisfy the following relations:

exp ct0(L-d)+ ad; exp ct0 (L-d) + ad;

exp a0L ,exp a0L,

(4) (5)(4) (5)

где L - рассто ние между пьезопреобразо- вател ми 2 и 3.where L is the distance between piezo transducers 2 and 3.

Далее в акустическую систему с иммерсионной жидкостью с известными скоростью Со распространени  ультразвука и коэффициентом а о поглощени  УЗ помещают исследуемый образец 5 между двум  ультразвуковыми преобразовател ми 2 и 3 таким образом, чтобы рабочие поверхности преобразователей 2 и 3 и образца 5 были параллельны между собой.Next, an acoustic system with an immersion liquid with a known ultrasonic propagation speed Co and ultrasonic absorption coefficient a put test sample 5 between two ultrasonic transducers 2 and 3 so that the working surfaces of transducers 2 and 3 and sample 5 are parallel to each other.

Измен   частоту колебаний ультразвука с помощью генератора 1, добиваютс  услови  резонанса, при котором в данной акустической системе с образцом возникает сто ние волны, и частотомером. 9 по входу б измер ют первую резонансную частоту f2, дл  которой из услови  резонанса следуетBy varying the oscillation frequency of the ultrasound with the help of generator 1, a resonance condition is reached, at which a standing wave occurs in a given speaker system with the sample, and a frequency meter. 9, at input b, the first resonant frequency f2 is measured, for which it follows from the resonance condition

f2 f2

СоWith

2(L-d -l-Co/c-d) 2 (Ld-l-Co / c-d)

(2)(2)

Затем возбуждают в акустической системе импульсы ультразвуковых колебаний и, измен   частоту ВЧ-заполнени  УЗ импульсов , добиваютс  услови  прозрачности образца 5 и частотомером 9 измер ют соответствующую этому условию частоту fa. Так как при условии прозрачности образца по толщине образца укладываетс  половина длины волны, т. е. Я 2d, то из услови  прозрачности следует, чтоThen, pulses of ultrasonic vibrations are excited in the acoustic system and, by changing the frequency of the high-frequency filling of the ultrasonic pulses, the condition of transparency of the sample 5 is achieved and the frequency fa corresponding to this condition is measured with frequency meter 9. Since, under the condition of transparency of the sample, half the wavelength is laid over the sample thickness, i.e. I 2d, it follows from the transparency condition that

d d

С 2f3 From 2f3

где С - скорость УЗ-волны в образце.where C is the velocity of the ultrasonic wave in the sample.

Одновременно вольтметром 8 измер ют на выходе акустической системы амплитуду AI прин того на частоте Ь ультразвукового импульсного сигнала.At the same time, a voltmeter 8 measures at the output of the speaker system the amplitude AI received at the frequency b of the ultrasonic pulse signal.

Затем убирают исследуемый образец 5 из акустической системы с иммерсионнойThen, test sample 5 is removed from the speaker system from the immersion

1515

2020

2525

где АО амплитуда УЗ-волны на входе акустической системы;where AO is the amplitude of the ultrasonic wave at the input of the speaker system;

AI и А2 - амплитуда УЗ-волны на выходе акустической системы с образцом и без образца соответственно;AI and A2 - the amplitude of the ultrasonic wave at the output of the speaker system with and without a sample, respectively;

L - рассто ние между пьезопреобразо- вател ми 2 и 3.L is the distance between piezo transducers 2 and 3.

Измер   fi, f2. fa, AI, A2 и реша  систему уравнений (1)-(5) относительно d, с и а, определ ют их по следующим выведенным формулам:Measure fi, f2. fa, AI, A2, and solving the system of equations (1) - (5) with respect to d, c, and a, determine them using the following derived formulas:

00

d d

СоWith

2f32f3

1+Mf2Z±b1 + Mf2Z ± b

f2 - f i J f2 - f i J

С СоWith With

-f -f

(6) (7)(6) (7)

а -«о +a - “o +

2f32f3

f2-flf2-fl

А2 Со f2fl + f3(f2 - fi) |П AT (8)A2 Co f2fl + f3 (f2 - fi) | P AT (8)

4040

4545

5050

5555

Способ определени  толщины тонких пленок, коэффициента поглощени  и скорости распространени  ультразвука по их тол- щине позвол ет, во-первых меньшим количеством измерений получать определ емую величину с заданной точностью, во- вторых, исследовать физические процессы, в результате которых end измен ютс  (например , при изменени х температурных режимов исследуемых образцов или при изменени х механических нагрузок вдоль этих образцов).The method for determining the thickness of thin films, the absorption coefficient and the speed of ultrasound propagation over their thickness allows, firstly, to obtain a definite quantity with a given accuracy with a smaller number of measurements, and second, to investigate the physical processes that result in end changes (for example, , with changes in temperature regimes of the studied samples or with changes in mechanical loads along these samples).

Кроме того, способ позвол ет в однозначных услови х одной методики определ ть значени  трех параметров с, and, необходимых дл  характеристики физико-механических свойств пленочных материалов, и позвол ет отказатьс  от необходимости использовани  дополнительных устройств (оптических, механических и др.) дл  независимого определени , что значительно снижает материальные затраты на их оборудование, установку, обслуживание, а также исключает необходимость учитывать дополнительные погрешности, св занные с различным вли нием внешних факторов на различные услови  независимых экспериментов.In addition, the method allows determining the values of the three parameters c, and, required for characterizing the physicomechanical properties of film materials, and eliminates the need to use additional devices (optical, mechanical, etc.) for independent purposes. determining, which significantly reduces the material costs of their equipment, installation, maintenance, and also eliminates the need to take into account additional errors associated with the various effects of external factors actors on various conditions of independent experiments.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ определени  физико-механических характеристик тонких пленок, заключающийс  в том, что в акустическую систему, содержащую излучающий и приемный ульт- развуковые преобразователи, помещенные в иммерсионную жидкость, помещают исследуемый образец пленки таким образом, что рабочие поверхности преобразователей и исследуемого образца пленки парал- лельны между собой, возбуждают ультразвуковые колебани , измер ют на выходе акустической системы с образцом пленки и без него амплитудные характеристики сигналов ультразвуковых колебаний, по из- меренным величинам определ ют физико- механические характеристики образца пленки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  информативности за счет определени  толщины пленки и скорости погло- щени  в ней ультразвука, в акустической системе возбуждают сто чие волны и измер ют значени  первых резонансных частотThe invention of the method for determining the physicomechanical characteristics of thin films, namely, that in the acoustic system containing the radiating and receiving ultrasonic transducers placed in the immersion liquid, the test film sample is placed in such a way that the working surfaces of the transducers and the film sample under study are parallel - between themselves, excite ultrasonic vibrations, measure the amplitude characteristics of the signals from the output system of the acoustic system with a sample of the film and without it. Physicomechanical characteristics of a sample of a film are determined by measured oscillations according to measured values, characterized in that, in order to increase the informativity, by determining the film thickness and the ultrasound absorption rate in it, standing waves are measured and the values of the first resonant frequencies fi и f2 соответственно с пленкой и без нее, затем возбуждают в акустической системе с образцом пленки импульсы ультразвуковых колебаний, измен ют частоту их заполнени  до получени  частоты fa, при которой амплитуда AI максимальна, затем на той же частоте fa измер ют значение амплитуды А2 выходных импульсных ультразвуковых колебаний дл  акустической системы без образца пленки и по измеренным величинам определ ют толщину d пленки,скорость С распространени  ультразвука и коэффициента поглощени  в образце исследуемой пленки по следующим формулам:fi and f2, respectively, with and without a film, then excite ultrasonic oscillations in a speaker system with a sample of a film, change their frequency to obtain a frequency fa at which the amplitude AI is maximum, then measure the amplitude A2 of the output at the same frequency fa pulsed ultrasonic vibrations for a speaker system without a film sample and from measured values determine the thickness d of the film, the speed C of ultrasound propagation and the absorption coefficient in the sample of the film under study Ulam: где Со. «о - соответственно скорость и коэффициент поглощени  ультразвука в иммерсионной жидкости.where is co. "O - respectively, the speed and absorption coefficient of ultrasound in an immersion liquid.
SU894647754A 1989-02-08 1989-02-08 Method of determination of physico-mechanical characteristics of thin films SU1657954A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894647754A SU1657954A1 (en) 1989-02-08 1989-02-08 Method of determination of physico-mechanical characteristics of thin films

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894647754A SU1657954A1 (en) 1989-02-08 1989-02-08 Method of determination of physico-mechanical characteristics of thin films

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1657954A1 true SU1657954A1 (en) 1991-06-23

Family

ID=21427489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894647754A SU1657954A1 (en) 1989-02-08 1989-02-08 Method of determination of physico-mechanical characteristics of thin films

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1657954A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР Мг 1010539, кл. G 01 Н 5/00, 1983. Физическа акустика./Под ред. У. Мезона, т. 1: Методы и приборы ультразвуковых исследований, ч. 1. - М.: Мир. 1966, с. 357-358. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5739432A (en) Ultrasonic characterization of single drops of liquids
US6959601B2 (en) Noninvasive characterization of a flowing multiphase fluid using ultrasonic interferometry
WO2009075704A2 (en) Non-contact fluid characterization in containers using ultrasonic waves
Jia et al. Optical heterodyne detection of pulsed ultrasonic pressures
Papadakis Absolute measurements of ultrasonic attenuation using damped nondestructive testing transducers
SU1657954A1 (en) Method of determination of physico-mechanical characteristics of thin films
Simonetti et al. Ultrasonic interferometry for the measurement of shear velocity and attenuation in viscoelastic solids
Lee et al. Measuring dispersion curves of acoustic waves using PVDF line-focus transducers
RU2529634C1 (en) Method to measure longitudinal and shift impedances of liquids
Wan et al. Direct measurement of ultrasonic velocity of thin elastic layers
SU1191815A1 (en) Pulse-interference method of measuring ultrasound velocity
SU1460621A1 (en) Ultrasound velocity meter
SU1732177A1 (en) Method of determining ultrasound velocity temperature coefficient
SU1408355A1 (en) Ultrasonic concentration meter
SU1719979A1 (en) Method of determining physico-mechanical properties of planar objects
RU2037817C1 (en) Method for testing materials with acoustic vibrations
RU2011193C1 (en) Device for ultrasonic inspection of articles
SU1364973A1 (en) Device for determining density of liquids
SU1196754A1 (en) Arrangement for measuring specimen reflection ratio
SU1460620A1 (en) Method of measuring the mean ultrasound velocity in positively nonhomogeneous layer
SU1004757A1 (en) Ultrasonic device for measuring mechanical stresses
SU1682915A1 (en) Method of determining acoustic parameters of materials
SU1310714A1 (en) Method of measuring magnetization of magnetic fluid
SU436985A1 (en) The method for determining the effective radius of the ultrasonic radiator
SU1111095A1 (en) Method of measuring ultrasonic oscillation damping coefficient