LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фотоакустична мікроскопія з оптимізованою п'єзоелектричною реєстрацією сигналів

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"




ВЕРЦАНОВА ОЛЕНА ВІКТОРІВНА





УДК 621.314







ФОТОАКУСТИЧНА МІКРОСКОПІЯ З ОПТИМІЗОВАНОЮ П'ЄЗОЕЛЕКТРИЧНОЮ РЕЄСТРАЦІЄЮ СИГНАЛІВ




Спеціальність 05.27.01 — твердотільнаелектроніка







Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук












КИЇВ — 2000



Дисертацією є рукопис.


Робота виконана в Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України на кафедрі мікроелектроніки


Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Циганок Борис Архипович,

заступник проректора з міжнародних відносин НТУУ"КПІ", професор кафедри НТУУ "КПІ"


Офіційні опоненти: член-кореспондент НАН України,

доктор фізико-математичних наук

Блонський Іван Васильович,

заступник директора Інституту фізики НАН України


доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник

Чайка Василь Євгенович,

професор кафедри електронних приладів та пристроїв НТУУ"КПІ"


Провідна установа: Інститут фізики напівпровідників НАН України, відділення оптоелектроніки, м. Київ




Захист відбудеться "__16__"___січня________2001_р. о 15_ годині на засіданні

Спеціалізованої вченої ради Д 26.002.08 НТУУ"КПІ" за адресою м. Київ, 03056, пр. Перемоги 37, корп. 12, ауд._114_



З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України "КПІ", м. Київ, 03056, просп. Перемоги 37



Автореферат розісланий ____15 грудня 2000 р.__________




Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.002.08,

кандидат технічних наук, доцент Писаренко Л.Д.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ


Актуальність роботи. Фотоакустичнамікроскопія (ФАМ) є одним з провідних методів неруйнівного контролю, який забезпечує візуалізацію підповерхневої структури твердих тіл і дозволяє проводити реєстрацію, розпізнавання, класифікацію та оцінку внутрішніх структурних дефектів та неоднорідностей об'єкту, не руйнуючи його. При дослідженні підповерхневих областей твердих тіл, непрозорих для фотонів та електронів, ФАМ залишається практично єдиним можливим методом контролю якості. Так, ФАМ із успіхом застосовується для контролю якості вихідних матеріалів та готових виробів електронної техніки під час їх виготовлення, тонкоплівкового покриття, діагностики мікрозварних з'єднань інтегральних мікросхем, інше.

Враховуючи той факт, що ФАМ має унікальні можливості з точки зору виявлення підповерхневих дефектів, неоднорідностей, визначення їх розмірів, глибини розміщення і, що важливо, фізико-механічних властивостей, удосконалення ФАМ є актуальним завданням і має наукове та практичне значення.

Ця задача може бути виконана за рахунок поліпшення конструкції мікроскопу, створення математичної моделі роботи мікроскопу в різних режимах та розробки пакету прикладних програм, призначеного для моделювання та обробки діагностичної інформації.

За порівняно довгий термін існування методу накопичено великий обсяг матеріалу про теоретичні та практичні результати досліджень лазерної генерації звука, яка застосовується в ФАМ. Нажаль, методи реєстрації акустичних коливань в твердому тілі недосконало вивчено теоретично та розроблено практично. При застосуванні п'єзоелектричного методу реєстрації, як найбільш чутливого та простого, в більшості випадків використовують п'єзоперетворювач зі збудженням подовжніх мод коливань, виготовлений із кераміки з високим коефіцієнтом добротності. Але зважаючи на швидкий розвиток п'єзотехніки та виробництво нових п'єзоелектричних матеріалів, задача удосконалення п'єзоелектричної реєстрації сигналів є важливою для підвищення технічних параметрів ФАМ і актуальною для подальшого розвитку фотоакустичного метода неруйнівного контролю та поширення його застосування у промисловості.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.Дисертаційна робота здійснювалася в Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" у рамках проведення науково-дослідної роботи на тему "Розробка автоматизованої системи обробки фотоакустичних сигналів для контролю мікрозварних з'єднань" (Договір № 77 від 01.01.1991 р.).

Метою роботи є підвищення якісних параметрівФАМ за рахунок оптимізації п'єзоелектричної реєстрації сигналів.

Для досягнення поставленої мети в дисертації були вирішені наступні теоретичні і прикладні задачі:

1. Створення математичної моделі фотоакустичної мікроскопії твердого тіла з внутрішніми неоднорідностями з п'єзоелектричною реєстрацією, що враховує теплофізичні властивості об'єкта та умови експерименту.

2. Розробка методики аналізу фотоакустичного сигналу з метою одержання найбільш повної інформації про об'єкт дослідження.

3. Розрахунок контрасту фотоакустичних зображень на основі розробленої моделі.

4. Розробка оптимальної конструкції п'єзоперетворювача для поліпшення основних технічних характеристик ФАМ.

5. Упровадження результатів проведених досліджень.

Вирішення поставлених задач було здійснено на основі математичного апарата диференціальних обчислень, термодинаміки, теорії пружності, теорії п'єзоефекту, методів прикладного програмування і комп'ютерної графіки. Точність експериментальних методик відповідала сучасному рівню розвитку техніки.

Наукова новизна. У дисертаційній роботі здобувачем отримані такі нові наукові результати:

1. Створена математична модель фотоакустичного ефекту в оптично непрозорих термічно товстих твердотільних об'єктах з п'єзоелектричною реєстрацією, що враховує вплив внутрішніх неоднорідностей на фотоакустичний сигнал та різні умови експерименту.

2. Знайдено точне рішення цієї моделі з урахуванням таких фізико-механічних параметрів, як теплопровідність, температуропровідність, оптичний коефіціент поглинання, коефіцієнт теплового розширення, коефіцієнт жорсткості, розмір та глибина залягання дефекту. Використання цієї моделі для розшифрування фотоакустичних зображень дозволить отримати найбільш достовірну інформацію про подповерхневу структуру об'єкту дослідження.

3. Вперше отримані тривимірні графіки залежності амплітуди та фази фотоакустичного сигналу, а також контрасту фотоакустичних зображень від частоти модуляції лазерного випромінювання, розміру дефекта та глибини його залягання, які дозволяють дослідити вплив підповерхневого дефекту на фотоакустичний сигнал на різних глибинах.

4. Розраховані мінімальний розмір та максимальну глибину