Способ измерения толщины слоев двухслойного материала

 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для измерения толщины обоих слоев двухслой ного материала. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых толщин от единиц до десятков миллиметров и обеспечение возможности измерения материалов атомный номер которых не превышает 14 Сущность изобретения: на поверхности измеряемого материала зкозь р ст ирино c-2himx tg / и njMt якл ...гг, i поток обратно рассеянного излучения стектором, работающим в счетном режиме и защищенном от попадания в чего излучения , рассеянного покрытием. 3 ил

Недостатком способа:».âëÿåòñÿ то, что он предназначен для измерения только толщины покрытия при неизвестных толшине и материале основы, Наиболее близким из известных является способ определения толщины двухслойного ма1ериала, заключающиЙся в направлении гютокз Ко ионизирующего излучения на поверхность материала и регистрации потока обратно рассеянного материалом излучения, при этом измеряют как рассеянное, так и возбужденное в материале покрытия характеристическое" флуоресцентное излучение спектрометрическим детектором и разделяют потоки импульсов по энергии квантов, Недостатком способа является то, что он измеряет толщину только одного слова, слоя покрытия, и предназначен для измереНИЯ ЛИШЬ ОДНОГО ИЗ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ЭЛЕМЕНTGB, "характеристическое" излучение которого по энергии достаточно удалено 0Т энергии квантов первичного и рассеянного излучений, а концентрация этого элемеHTа в измеряемом материале не должна изменяться.

Кроме того, этим способом практически невозможно измерить TonLLIèíy основы hl u покрытия (32 порядка единиц и десятков

r ë è n,1 è ì Ð T p o B д л я I B т е р и а л 0 в . с р е д н О и атомный номер которых не превышает -4, т.е. кремний-органический материалов, дерева, пластмассы и т,д., (ел ью vl300pBтен и. 1 я Вл яется расв3 ирение диапазона из,еряемь;х толщин в cTC— рону больших От единиц до десятков миллиметров и ассортимента измеряемых материалов в сторону 60!Ip легких, со среднил1 атомным i ол ером не оолее 14 при возможности лишь Одностороннего подхода к изготовленному двухслолному I!alepvi 3Л1Ч.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения толщины cnoes двухслойчог0 материала с макслмальной толщиной hl гпах покрытия и толщиной h> гпах основы на измеряемый материал со стороны покрытия направляют поток ((о ионизирующего излучения под углом и к поверхности из(.1еряел10го материала и регистрируют псток и, обра1»о:;ccåÿííofo излучения, дополнительно регистрируют второй поток h обратно рассеянного излучения материалом основы, для э ого экранируют на поверхности покрытия область ш vi (3 и н О и c(= 2 (3 I гп а х / T. О г ., а т О л 1Ц и н ы 3 1 и (32

Bbl÷èñëÿ þò из зависимостей:

1 о

h1= — I n -, (1) ((о (1 1 P х р ((2, Й> и1

3Д

40 лг

Я,З

541

1 ((оп

"2 (и ((+N (2) где р1,,и2 — коэффициенты, учитывающие конкретную геометрию (в частности угол a) и способность отраженимя ИИ материалом покрытия и основы соответственно. ,и2 — коэффициент, учитывающий угол

1 а и конкретную геометрию и способность поглошения покрытием обратно рассеянного излучения материала основы и направляемого первичного потока ИИ, N<» — интенсивность обратно рассеянного излучения материалом покрытия при толщине его, превышающеЙ толщину насыщения, Суть способа заключается в том. что регистрируются два потека обрат»o рассеянного излучения, Первый из них представляет собой сумму двух потоков: потока, рассеянно(о ма1териалом покрытия ll потока, Образованного путем поглощения пок;3ытием пе(>вично го ИИ, Отражения материало(, основы и вторичного поглощения покрыти -.м; второй поток образуется аналогично первому, за исключением первого слагаемого т.е. составляющей, образованной отражением от материала покрытия.

Исключение обратно рассеянного излучен я от материала покрытия достигается экранированием на павеpxHGcTII материала сА стоооны покрытия обл lcTvi шириной

I — 2h1ITIBx/tgfl, IT0 может быTb реализо =-но CTBHoàêîé неl ðoçpB1ного Ilo отношению к первичному излучению экрана ме>кву лсточником и де, ектором либо сооTветствук.щим размеще:-.ие <:;Олл.,л.втор,>в детектоР0В ИЛИ ИСТОЧНИКОВ.

Способ может bL I ь (.вал из(iH (3азличными у т(. ОЙ(г Зами, схел,ы HIFскольк .1к из

Hw:< приBP.f(BHL, H,B фvif.1,2 ll 3.

Устоойство. Изоб(3аженно,—: на фиг.1. содержит источник ", и два дс1ектора 2 и 3, перед детектором 3 установлен экран 4, непрозрачный к первичному излучению, ((3(1рина б экрана должна оыть не менее чем

2h1 гпах/каца, что легко рассчитывается из

ГЕО B ГРИИ.

Vc. ройство, иллюстрируемое фиг,2, соде(3>хиl два толщиномера, работающих на

Обратно отра>кеннол1 излучении. Содержит источник 1, в горой источник 2, разделенные экранол: 3, г1ервыll pBTBKTop 4 vl второй де тектор 5.

На фиг.3 изоо(3ажено yñòpoi1c1 Bo. co дер>ка:,ее Один vicToчник 1 и Оди» детектор

2, » процессе изме(3енил .5кран 3 изменЯе. сBov поло>кение. Измерение осуществляется последовательно Во времени, T,е. вначале

ИзмврЯ ЕТСЯ ПЕ(3 Ый I,О ТОК Гlрлi ПодНЯТОМ

1768970 экране 3, а затем экран устанавливается на измеряемый двухслойный материал и измеряется второй поток.

Замена источников и детекторов местами не изменяет геометрии потоков и пол- 5 ученных выражений, но дает еще три устройства, реализующие данный способ, Вывод выражений (1), (2) проиллюстрируем на примере фиг.1 для определения потока N2 ОРИ, поступающего в детекторе 10

2 при направлении потока ИИ на измеряемый двухслойный материал с неизвестными

h1 и h2, учитываются следующие процессы; — отражение падающего излучения слоем толщиной h1 покрытия (первое слагае- 15 мое (3), — поглощение падающего излучения слоем толщиной h1 покрытия, — отражение падающего излучения слоЕм толЩинОЙ h2 ОСновы, 20 — поглощение слоем толщиной h1 покрытия GPN от слоя толщины h2 основы (последние три процесса составляют второе слагаемое (3)

2=Яоп(1-е 1(2 h21+Noe й) h2 (1 — е ) —,й1 1 25 (3)

Для вычисления потока ОРИ, поступающего в детектор 3 при направлении излучения на измеряемый двухслойный материал, учитываются следующие процессы: — поглощение падающего излучения слоем покрытия толщиной h1; — отражение излучения слоем основы

ТОЛЩИНОЙ h2, 35 — поглощение слоем покрытия ОРИ от слОя тОлщинОЙ п2.

Выходной сигнал К1 первого детектора равен — LC2h2 (1 — е ) (4) 40

Выразив из (3) с учетом (4) толщину Ь2 покрытия, получим формулу (2), а подставив полученное выражение (2) в (3) и решив последнее относительно h1, будем иметь выражение (1), Коэффициенты, входящие в выражения (1), (2), определяются следующим образом.

Вначале направляют поток ИИ интенсивности No на образец из материала покрытия толщиной, превышающей толщину насыщения, и, измеряя интенсивность ОРИ вторым детектором, получают величину Npn, затем то же повторяют при направлении потока на образец из материала основы толщиной, превышающей толщину насыщения, и получают No>n

Затем направляют поток ИИ на образец с известной толщиной hM из материала основы и регистрируют первым детектором величину

Ny=Npy(1 е 4" " )=NpM NpM е пм) где,и1 — коэффициент, учитывающий геометрию и способность к отражению материала основы, при известных NoM, N> и Л вычисляем ,и1 = — In

1 NpM (5)

hM Ком Ne

При подобном измерении потока Nn, отраженного от образца покрытия известной толщиной hn, вторым детектором аналогично получаем,и2 — коэффициент, учитывающий геометрию и способность к отражению материала покрытия. ,и2 = — In

1 Моп (6)

"и Non гп

Коэффициент п), учитывающий геометрию и способность к поглощению излучения материалом покрытия, определяют, направляя поток ИИ на образец из материала основы толщиной, превышающей толщину насыщения, на которой наложен образец материала покрытия известной толщины

hn, и, регистрируя первым детектором интЕНСИВНОСтЬ РаСЕЯННО "0 ПОтОКа Ммп, РаВНУЮ

N>n=NpMe ° —, -u) Ь.п откуда

ug = 1 In 4ом (7) пп NMn

Угол а находится в диапазоне (am;>, йп»). Минимальное значение угла определяется энергией источника ИИ, т.е, толщиной Ьон слоя насыщения для вещества измеряемого материала при данной энергии источника ИИ, и максил1альной толщиной h1max покрытия и вычисляется по формуле

2 h1 max

Dmin = BtCSIn

Исн

Обоснование полученной формулы понятно из фиг.1 и следующих рассуждений: чтобы частица (квант) ИИ могла зарегистрироваться детектором 3, она должна дважды (туда и обратно) пройти толщину покрытия под углом г и это расстояние должно быть не больше толщины насыщения для выбранного источника ИИ, Максил1альное значение угла а max определяется в конечном итоге геометрией прибора, реализующего данный способ, а именно, размерами источника, детектора. их коллиматорами и взаимным расположением. Для имеющих в настоящее врел1я ПРомышленных источников и детекторов максимальное значение угла и составляет порядка 85, 1768970

Формула изобретения

Способ измерения толщины слоев двухслойного материала с максимальной толщиной h>Maze покрытия и толщиной h макс основы, заключающийся в том, что на изме- 5 ряемый материал направляют поток No ионизирующего излучения под углом а к поверхности измеряемого материала и регистрируют поток N1 обратно рассеянного излучения и определяют толщину слоев, 10 отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых толщин от единиц до десятков миллиметров и ассортимента измеряемых материалов в сторону более легких, со средним атомным 15 номером менее 14, перед определением толщины слоев на поверхности покрытия экранируют область шириной б=2Ь макс/ца, расположенную между источником и детектором, регистрируют поток 20

Np обратно рассеянного излучения, а толщины h1 покрытия и hz основы определяют по формулам

1 1

1 No

No — N1 ехр (hz и))

hz= in

1 Non

И Non + N1 — N2 где,и1,,иг — коэффициенты, учитывающие конкретную геометрию и способность отражения ионизирующего излучения материалом покрытия и основы, соответственно; ,и =,и +,и — коэффициенты, учитывающие конкретную геометрию и способность поглощения покрытием обратно рассеянного излучения материала основы и направляемого потока ионизирующего излучения;

No> — интенсивность обратно рассеянного излучения материалом покрытия при толщине его, превышающая толщину насыщения.

1768970

25

- 30

40

Составитель В; Климова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор К. Кешеля

Редактор О, Федотов

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ Зб38 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5