Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнология

Диссертационная работа:

Михайлов Борис Александрович. Определение электрофизических параметров диэлектрических слоев на проводящей основе методом электростатической индукции : Дис. ... канд. техн. наук : 05.09.10 : Саратов, 2005 176 c. РГБ ОД, 61:05-5/3652

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 10

  1. Поляризация диэлектриков.... 10

  2. Влияние внешних факторов на диэлектрические характеристики 16

  3. Математическое описание процессов поляризации 25

  4. Диэлектрические характеристики материалов

со структурными неоднородностями 28

1.5. Методы определения электрофизических

параметров материала , 32

1.6. Выводы 39

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

О ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫХ СИСТЕМАХ 41

2.1. Классические определения и теория емкостных систем

на основе полевых представлений 42

2.2. Модели емкостных систем с поперечным и продольным

полем 55

  1. Емкостные системы со скрещенными полями 69

  2. Выводы

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕМКОСТНЫХ СИСТЕМ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНДУЦИРОВАННОГО ЗАРЯДА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТИ

СЛОЕВ 74

3.1. Аппроксимация коэффициента передачи емкостных

систем и способы формирования электрического поля 74

3.2. Преобразование индуцированного заряда в электрический ток... 79

3.3. Общий случай преобразования индуцированного

заряд в электрический ток 87

  1. Особенности определения удельной проводимости слоев 92

  2. Выводы 98

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ 101

  1. Структурная схема 102

  2. Зонды 108

  3. Сканирующее устройство с датчиками синхронизации 112

  4. Элементы коронатора 115

  5. Входная цепь и усилительные тракты 119

  6. Тестовые структуры 122

  7. Общие методические вопросы 126

  8. Выводы 131

ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ... 133

5.1. Методические вопросы определения плотности поверхностного

заряда при электризации слоя в поле «короны» 134

  1. Электризация однородного слоя в поле коронного разряда 138

  2. Электризация неоднородных слоев 143

  3. Особенности электризации рельефных поверхностей 153

  4. Определение диэлектрической проницаемости, плотности поверхностного заряда, удельной проводимости и толщины

в локальной области 158

5.6. Выводы .,: 163

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 165

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 168

Введение к работе:

Создание новых диэлектрических, полупроводниковых и композиционных материалов с заданными электрофизическими свойствами с применением различных технологий, особенно электротехнологий -плазменного напыления, электрохимического роста пленок, кристаллов и др., дальнейшее исследование изменения их свойств - диэлектрической проницаемости, проводимости и других, опосредованно связанных с ними, в зависимости от различных внешних воздействий - температуры, давления, влажности, широкого спектра электромагнитных излучений требует разработки оперативных бесконтактных неразрушающих методов определения указанных характеристик материала с усреднением информации по относительно малому объему - порядка сотых долей мм . Очень важно, практически на любой стадии электротехнологического процесса, иметь возможность контроля выходных параметров материала, к которым относится также и однородность их распределения по поверхности и в объеме.

Особый интерес для различных областей физики и техники, в том числе и электротехнологии, составляет именно возможность исследования панорамы диэлектрической проницаемости, проводимости, толщины различных диэлектрических пленок и покрытий на проводящей подложке, а также возможность исследования процессов накопления и релаксации заряда в них под действием различных внешний факторов в пределах всего объекта, или на определенной траектории.

Однако, существующие подходы к математическому * описанию процессов измерения параметров емкости системы электродов с распределенными диэлектрической проницаемостью и известными геометрическими характеристиками позволяют определить диэлектрическую проницаемость всего объекта только в целом (интегрально). Как правило пользуются представлением плоскопараллельного поля.

Остается в стороне также вопрос о измерении проводимости материала при статическом (квазистатическом) электрическом поле, а также определении электростатических (поверхностных и объемных) зарядов в некоторых слоях (пиро-, пъезо-, электро-, опто и др.), влияние которых на электрофизические параметры значительно, но мало изучено.

В электроемкостной системе квазистатическое электрическое поле возникает в результате действия напряжений между электродами (классическое представление). Однако оно (электрическое поле) возникает и под действием точечных, линейных, поверхностных и объемных зарядов, находящихся в ней. Таким образом, имеет место явление электростатической индукции, на основе которого можно построить единую теорию электроемкостных методов измерения параметров материалов.

Существует круг задач электрофизики, электротехнологии, физики диэлектриков и полупроводников, других направлений физики и техники, решение которых без применения электроемкостных систем проблематично.

Вышеизложенное определяет актуальность данной работы.

Диапазон применения емкостных систем достаточно широк -определение диэлектрической проницаемости, толщины слоев, рельефа поверхности и его изменения, амплитуд и частот вибрации, исследования пространственного распределения этих параметров в материале. Очень важно также, что эти системы позволяют измерять неразрушающе электрический заряд, возникающий в материалах за счет внешнего влияния, что недоступно другим существующим средствам на современном этапе их развития.

Цель данной работы заключается в дальнейшем развитии теоретических представлений о электроемкостных системах и их практического применения . Для определения диэлектрической проницаемости, проводимости и толщины диэлектрических слоев, расположенных на проводящей подложке, а также электрических зарядов

разработке экспериментальной установки для панорамного преобразования обозначенных параметров в электрический сигнал, применении соответствующих алгоритмов и документировании информации. Особенностью является пространственная разрешающая способность (1010 м ) и чувствительность по заряду (10' Кл/м ), которая связана с точностью определения искомых параметров слоя.

В соответствии с этим, основными задачами диссертационной работы являются:

развитие теоретических представлений о электроемкостных системах;

практическое воплощение теоретической концепции в экспериментальной установке, реализующей некоторые возможности электроемкостных систем;

экспериментальное подтверждение возможности определения диэлектрической проницаемости, толщины и проводимости диэлектрического слоя на проводящей подложке, а также распределений электрического заряда.

Практическая значимость работы заключается в том, что, наряду с уточнением теоретических представлений о электроемкостных системах, предложен, обоснован и экспериментально реализован новый способ определения диэлектрической проницаемости, толщины и проводимости диэлектрических слоев на проводящей подложке, заключающийся в том, что в локальной области слоя формируется поверхностный электростатический заряд (например, в поле коронного разряда) и в дальнейшем фиксируется его релаксация, а также предложен оригинальный зонд для определения анизотропных параметров материала.

Методы исследования

В диссертации использован теоретический аппарат процессов возникновения индуцированных зарядов и токов в многоэлектродной

7 системе при анизотропном состоянии диэлектрической среды и эксклюзивная экспериментальная установка, основные элементы которой реализованы на основе этих теоретических представлений, позволяющая наблюдать панораму распределения поверхностного электростатического заряда на слое, распложенном на проводящей подложке.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые ( по нашим данным) в отечественной и зарубежной практике обоснована теория электроемкостных систем с возбуждением электрического поля посредством внешних источников напряжения, а также распределенных точечных, линейных, поверхностных и объемных зарядов. Это значительно расширяет возможности их применения не только для измерения локальных значений диэлектрической проницаемости, толщины и проводимости, но и распределений электрического заряда.

Достоверность и обоснованность полученных результатов.

Теоретические результаты в диссертации достоверны, так как получены с применением методов математической физики и подтверждены экспериментальными данными при исследовании различных слоев на проводящей подложке с помощью разработанной и созданной нами установки и физической интерпретацией результатов.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

  1. Предложенные представления об электроемкостных системах позволяют наиболее полно реализовать их при определении параметров новых материалов, создаваемых с помощью электротехнологий и других способов.

  2. Совокупность и анализ методов возбуждения электрического поля в системе электродов посредством формирования продольного и поперечного по отношению к слою полей расширяют область применения емкостных

8 систем за счет возможности одновременного определения нескольких параметров.

  1. Метод определения поперечной составляющей проводимости слоя на проводящей подложке с использованием релаксации поверхностного электростатического заряда позволяет определять диэлектрическую проницаемость, толщину, проводимость и плотность заряда с погрешностями не превышающими 5%.

  2. Предложенный способ панорамного определения электрических свойств слоев обладает линейной разрешающей способностью до 0,1 мм.

  3. Автоматизированный ; экспериментальный аналого-цифровой комплекс на основе электроемкостных систем с применением АЦП, ПЭВМ и устройств отображения и регистрации информации позволяет определить основные электрофизические и геометрические параметры слоев на проводящей подложке, полученных с помощью электротехнологий.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы < докладывались и обсуждались на:

VI международной конференции «Кристаллы...» Г.Александров, Владимирской обл. сентябрь 2003г.

X Международной конференции «Физика диэлектриков» (Диэлектрики-2004) в 2004г. г. С.-Петербург, 23-24.05.2004г.

V Всероссийской конференции «электромагнитная совместимость» сентябрь 2004г. г. С.-Петербург

Международной юбилейной конференции, посвященной 50-ти летию ВНИИСИМС г. Александров, Владимирской обл. июнь 2004г.

Расширенном научном семинаре кафедры физики Московского университета математики и электроники

Научно-техническом совете Всесоюзного научно-исследовательского института синтеза минерального сырья (ВННИСИМС), Г.Александров, Владимирской обл.

Расширенном семинаре кафедры «Электроника твердого тела» Самарского государственного университета.

На конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ с приглашением ведущих специалистов Саратовского государственного университета.

Публикации

Материалы диссертации изложены в 1 монографии (соавтор В.П. Пронин), 14 статьях, трудах и материалах международных конференций, авторский приоритет защищен свидетельством на полезную модель и патентом РФ на способ измерения параметров диэлектрических слоев на проводящей основе (всего 17 научных работ).

Личный вклад автора заключается в участии построения общих теоретических представлений о электроемкостных системах, в разработке и реализации отдельных элементов экспериментальной установки, теоретическом обосновании возможности и экспериментальной проверке определения относительной диэлектрической проницаемости, проводимости слоев на проводящей подложке, их толщины в локальной области и плотности поверхностного заряда, а также в постановке задач и участии в обсуждении результатов их решения.

Структура и объем диссертационного материала.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, содержащих выводы, заключения и списка литературы. Общее количество страниц - 177, в том числе 57 рисунков.

Подобные работы
Фролов Владимир Яковлевич
Теория процессов и определение параметров эффективной электроконтактно-дуговой технологии обработки металлов
Ламонов Иван Михайлович
Создание научных основ и разработка комплексов электротехнического оборудования для восстановления и упрочнения деталей в энергетике методом ионно-плазменной обработки
Прокофьев Максим Алексеевич
Технологическое обеспечение параметров наклепа поверхностного слоя деталей при шлифовании на основе определения скрытой энергии деформации
Прокофьев Максим Алексеевич
Технологическое обеспечение параметров наклепа поверхностного слоя деталей при шлифовании на основе определения скрытой энергии деформации
Грунская Любовь Валентиновна
Оценка параметров электрического поля приземного слоя атмосферы на основе метода корреляционного приема
Чельный Александр Александрович
Исследование влияния легирования эмиттерных слоев на параметры диодных лазеров на основе твердых растворов AlGaAs и AlGaInP
Сутягин Александр Николаевич
Технологическое обеспечение равновесных параметров качества поверхностного слоя деталей машин на основе изучения накопленной энергии в поверхностном слое детали
Коршунов Владимир Яковлевич
Обеспечение качества поверхностного слоя деталей на основе прогнозирования рациональных структурно-энергетических параметров материала и технологических условий механической обработки
Коршунов Владимир Яковлевич
Обеспечение качества поверхностного слоя деталей на основе прогнозирования рациональных структурно-энергетических параметров материала и технологических условий механической обработки
Цыпылов Юрий Александрович
Сумма-разностный и нулевой методы для измерения неоднородностей индукции переменного магнитного поля и её показателя спадания

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net