LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

досліджень.

Вирішення поставлених задач було здійснено на основі математичного апарату диференціальних обчислень, термодинамики, теорії пружності, теорії п'єзоелектрики, методів прикладного програмування і комп'ютерної графіки.

В результаті були отримані наступні наукові та практичні результати:

1. Побудовано одновимірну математичну модель фотоакустичного ефекту в оптично непрозорому термічно товстому твердому тілі із п'єзоелектричною реєстрацією, уперше найбільше повно враховано вплив неоднорідностей у підповерхневій області об'єкта на фотоакустичний сигнал і різні граничні умови.

2. Отримано точне рішення цієї моделі із урахуванням таких фізико-механічних параметрів дефекту, як теплопровідність, температуропровідність, оптичний коефіцієнт поглинання, коефіцієнт теплового розширення, коефіцієнт жорсткості, товщина дефекту і його глибина залягання. Використання цієї моделі для розшифровки фотоакустичних зображень дозволить отримати максимально достовірну інформацію про об'єкт дослідження.

3. Розроблено програмне забезпечення на основі пакета прикладних програм Maple V Release 4 для розрахунку амплітуди і фази ФАС, контрасту амплітудного і фазового зображень і побудови графіків залежності цих параметрів від частоти модуляції, товщини дефекту і глибини его залягання.

4. Розраховано теоретичні залежності амплітуди і фази ФАС від частоти модуляції, товщини і глибини залягання дефекту для модельного зразка Si—GaAs—Si товщиною 1мм і п'єзодатчика товщиною 1мм, виготовленого з кераміки ЦТС-19, що дозволили оцінити поріг чутливості ФАМ і максимальну глибину візуалізації дефекту. Для модельного зразка для частоти модуляції 1 кГц мінімальний розмір дефекту, що теоретично може бути виявлений ФАМ, склав 0,2 мкм, а максимально можлива для виявлення глибина залягання дефекту – 0,45 мм, что дорівнює трьом довжинам теплової дифузії.

5. На основі аналізу графіків залежності амплітуди і фази ФАС від частоти модуляції лазерного променя і глибини залягання дефекту доведено теоретично і підтверджено експериментально можливість проведення пошарового аналізу внутрішньої структури об'єкта.

6. Уперше проведено дослідження різних конструкцій п'єзоперетворювачів з точки зору їхнього використання у ФАМ. В результаті аналізу датчиків за такими критеріями, як чутливість, діапазон робочих частот, матеріал і розміри п'єзоелемента, міцність і вартість, розроблено п'єзопретворювач біморфного типу з консольним кріпленням, виготовлений з п'єзокераміки ЦТС-19. Використання запропонованої конструкції у ФАМ дозволило понизити поріг чутливості мікроскопа по товщині дефекту до 2 мкм. Визначена система основних параметрів ФАМ: максимальна чутливість (2 мкм), роздільна здатність (5…15 мкм), частота модуляції (0,2…2 кГц), розміри зони контролю (10х10 мм2), швидкість отримання зображення (5…100 с), збільшення (10…100 разів), розміри пристрою (2000х1500х1000 мм).

7. Проведені дослідження різних елементів інтегральних схем, у тому числі мікрозварених з'єднань і оцінка їхньої якості по контрасту отриманих зображень, підтверджують, що фотоакустичний метод неруйнівного контролю дає можливість візуалізації підповерхневої структури виробів незалежно від типу напівпровідникового приладу, матеріалів, з якого він виготовлений, та технології виготовлення.


Основні положення дисертації опубліковано в роботах:


1. Верцанова Е. В., Кривоконь И. А., Селиванов С. А. Фотоакустическая диагностика материалов и изделий электронной техники // Сборник докладов Международной конференции "18 Miedzynarodowe Sympozjum Naukowe Studentow I Mlodych Pracownikow Nauki". – Zielona Gora (Poland). – 1996. – C. 101-105.

2. Vertsanova E., Krivokon I., Selivanov S., Tsyganok B., Yakimenko Y. Piezoceramic sensors for photoacoustic microscopy // Proc. The Tenth International Symposium on the Applications on Ferroelectrics. – East Brunswick (USA). – 1996. – C. 186.

3. Верцанова Е. В., Кривоконь И. А., Селиванов С. А. Система фотоакустического неразрушающего контроля качества твердотельных структур // Материалы семинара-выставки "Современные методы и средства неразрушающего контроля, технической и медицинской диагностики, экологического мониторинга". – Ялта. – 1996. – С. 17-18.

4. Якименко Ю. І., Циганок Б. А., Верцанова О. В., Селиванов С. О. Використання п'єзоелектричних датчиків в фотоакустичній мікроскопії // Электроника и связь. – 1998. – Вып. 4, часть I. - С. 167-171.

5. Верцанова Е. В. Исследование различных типов пьезопреобразователей для ФАМ // Электроника и связь. – 1999. – № 7. – С. 81-85.

6. Цыганок Б. А., Верцанова Е. В. Частный случай решения задачи фотоакустического эффекта с пьезоэлектрической регистрацией для жесткого крепления пьезодатчика к основанию фотоакустической ячейки// Электроника и связь. – 1999. – том 1, № 6. – С. 280-284.

7. Vertsanova E. V., Yakimenko Y. I. Mathematical model of photoacoustic microscopy with piezoelectric detection // Semiconductor Physics, Quantum Electronics &Optoelectronics. – 1999. – V. 2, N. 3. – P. 41-44.

8. Vertsanova O., Yakimenko Y., Selivanov S. Nondestructive control of sub-surface defects by using PAM with bending bimorph piezoceramic sensor // Proc. Ninth International Symposium on Nondestructive Characterization of Materials. – Sydney (Australia). – 1999. – P. 497-501.

9. Верцанова Е. В., Цыганок Б. А. Исследование качества адгезии в полупроводниковых приборах методом фотоакустической микроскопии // Электроника и связь. – 2000. - №8, том 1. – С. 70-73.

10. Верцанова Е. В., Якименко Ю. И., Цыганок Б. А. Исследование влияния дефектов структуры твердого тела на фотоакустический сигнал // Оптоэлектроника и полупроводниковые приборы. – 2000. – Вып. 35. – С. 196-201.

11. Vertsanova O., Yakimenko Y., Selivanov S. Bimorph piezoelectric sensors for photoacoustic microscope // Technical Programm Book of 12th IEEE International Symposium on the Application of Ferroelectrics. – Honolulu (Hawaii). – 2000. – P. 151.

12. Верцанова Е. В. Контраст фотоакустических изображений неоднородных твердых тел // Электроника и связь. – 2000. – № 9. – С. 66-68.





Верцанова О.В. Фотоакустична мікроскопія з оптимізованою п'єзоелектричною реєстрацією сигналів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 – Твердотільна електроніка. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2000.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню фотоакустичного метода неруйнівного контролю якості матеріалів та виробів електроної техніки та підвищення його якісних параметрів за рахунок оптимізації п'єзоелектричної реєстрації сигналів. В результаті теоретичних та практичних досліджень п'єзоперетворювачів різного типу та умов їх роботи, була запропонована та застосована в ФАМ конструкція прямокутного п'єзодатчика біморфного типу, що призвело до зниження поріга чутливості мікроскопа до 2 мкм. Закономірності, що були получені внаслідок математичного моделювання фотоакустичної мікроскопії з п'єзоелектричною реєстрацією, та використання оптимізованої конструкції п'єзодатчика дозволяють досліджувати з більшою ефективністю продукцію електронної техніки, в тому числі інтегральні мікросхеми, мікрозварні з'єднання, тонкоплівкові покриття, багатошарові структури, та оцінити їх якість