Способ испытания диэлектрических пленок и устройство для его осуществления

.ЯО, 1270 01 1 Я 3/42 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДЕТЕЛЬС К АВТОРСНО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЮ 4(56) Микротвердомер ПМТ-З, ЛОМО. Инструкция по эксплуатации. Л., 1974,с. 3-38,Рафалович А.Дж. Определение твердости тонких диэлектрических пленок, - Приборы для научных исследований, 1966, У 3, с. 121.(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению свойств диэлектрическихпленок. Целью изобретения является повышение информативности путем определения диэлектрической проницаемости, пористости, прочностных и вязкоупругих свойств пленкиПоставленная цель достигается тем, что устройство для испытания пленок, содержащее электропроводную подложку 1 для размещения пленки 2, индентор 3 с электропроводной поверхностью и узел 4 нагружения с силоизмерителем 5, снабжено диэлектрической перемычкой 8, закрепленной на ней электропроводной пластиной 9; размещенной напротив подложки 1 с возможностью регулировки воздушного зазора, и измерительно-информационной системой 10, Индентор 3 с пленкой 2 и подложкой 1 образуют емкостной датчик 6, а пластина 9 с воздушным зазором и подложкой 1 - емкостной датчик 7, При вдавливании индентора 3 в пленку 2 изменяется величина-1712 70638 6-6 6 +с Юч+ 1 6 ч 1 емкости датчика 6 и связанного с нимдатчика 7. Эти емкости измеряют,сравнивают, определяют глубину внедрения индентора и с ее учетом, атакже с учетом измерения силы вдавлиИзобретение относится к измерительной технике, а именно к определению свойств диэлектрических пленок,Цель изобретения - повышение информативности путем определения диэлектрической проницаемости, пористости, прочностных и вязкоупругих свойств пленки. На чертеже представлено устройство для испытания диэлектрических пленок. Устройство содержит электропроводную подложку 1 с размещенной на ней диэлектрической пленкой 2, индентор 3 с электропроводной поверхностью, узел 4 нагружения с силоизмерителем 5, выполненным, например, в виде электромеханического датчика силы, а также два емкостных датчика 6 и 7, общей обкладкой которых является подложка 1, а двумя другими обкладками - индентор 3 и жестко соединенная с ним диэлектрической перемычкой 8 электропроводная пластина 9, расположенная над подложкой 1 в зоне вне пленки 2, измерительноинформационную систему 10, включающую блок 11 регистрации нагрузки, связанный с силоизмерителем 5, блоки 12 и 13 регистрации емкостей, связанные с датчиками 6 и 7, блок ,14 сравнения емкостей, блок 15 регистрацйи временной зависимости изменения относительной диэлектрической проницаемости, блок 16 регистрации глубины внедрения индентора и, программное устройство 17, включающее блок 18 опорных напряжений и уси-, литель преобразователя 19 ч которое соединено с узлом 4 нагружения включающим, кроме того, узел 20 для закручивания индентора 3" вокруг оси.Устройство работает следующим образом. вания определяют твердость, диэлектрическую проницаемость, пористость, пластические, прочностные и вязко - упругие свойства диэлектрических пленок. 2 с.к. 7 з.п, ф-лы, 1 ил. Диэлектрическую пленку 2 помещаютна электропроводную подложку 1, нагружают индентор 3 с помощью узла 4нагружения по заданному программным 5 устройством 17 закону, например спостоянной скоростью деформации. Силоизмерителем 5 в каждый момент времени измеряют силу нагружения. Сигналс силоизмерителя 5 подают в блок 11регистрации нагрузки измерительноинформационной системы 10. Одновременно при нагружении индентора 3в блоки 12 и 13 регистрации емкостейизмерительно-информационной системы10 подают сигналы с емкостных датчиков 6 и 7, а. блок 14 сравнения измерительно-информационной системы 10регистрирует и сравнивает эти сиг"налы,Сигнал управления о 1(г) узлом 4нагружения формируется блоком 18опорных напряжений программногоустройства 17 и через усилительпреобразователь 19 задает закон нагружения.Способ испытания диэлектрическихпленок реализуется следующим образом.При вдавливании индентора в плен-ку измеряют силу вдавливания Р(С); Зба также электрические емкости междуиндентором и подложкой с пленкой ивоздушного зазора, зависящего от пе-.ремещения индентора, сравнивают этиемкости, по результатам сравненияопределяют глубину внедрения индентора У (С) и диэлектрическую проницаемость Ь(с) и по полученным данным определяют пористость, твердостЬи другие механические характеристи О ки пленки. Пористость пленки определяют поформуле12706 25 дС 3где К - относительная объемнаяконцентрация пор в пленке,относительная диэлектрическая проницаемость компактного материала. 5Твердость пленки определяют по отношению нагрузки Р(С) к остаточнойглубине внедрения индентора у (с)после снятия нагрузки либо по отношению нагрузки Р(с) к площади пластического отпечатка, определяемойпо глубине внедрения индентора,Пластические и прочностные свойства определяют из диаграмм зависимостей Р(Ю),15Вязкоунругие свойства определяютиз диаграмм зависимостей Р(с) иб(е), где С -время нагружения и внедрения индентора.Диэлектрическую проницаемость при 2 Овдавливании плоского индентора определяют по формуле для плоского конденсатора, а при вдавливании сфери,ческого индентора по формуле 38 4пленку одновременно закручивают вокруг оси.Для определения предела выносливости пленки, а также площади петли гистерезиса нагрузка-деформация при чередующейся нагрузке и разгруке нагружение индентора проводят циклически, изменяя нагрузку по периодическому закону,Диэлектрические пленки в общем случае материалы пористые, и концентрация пор в зоне вдавливания индентора изменяется. Однако при эксплуатации пленок необходимо знать законы нагружения, при которых пористость их остается постоянной. Для этого процесс вдавливания плоского индентора в пленку проводят при постоянной величине отношения измеряемых емкостей. В этом случае сохраняется постоянным значение диэлектрической проницаемости пленки 6(с) под индентором и, как следует из формулы для К, концентрация пор тоже будет постоянной,30 где дС - изменение емкости междуиндентором и подложкой;К - радиус индентора, м;Ь - толщина пленки, м;б - глубина внедрения индентора, м;Ь, - электрическая постоянная8,854 10 дф/м.В некоторых случаях требуется управлять нагружением по сложному закону, зависящему от изменения одной из регистрируемых величин Р(г), ИМ, 6(с). Для этого нагружение индентора проводят по крайней мере дважды, причем при первом тестовом нагружении, например при монотонновозврастающей нагрузке, определяет-. ся характер изменения регистрируемых величин, а затем проводятся последующие нагружения по закону 4(й) в зависимости от изменения одной из этих величин, например в испытаниях на ползучесть при определенном уров-. не нагрузки Р(с) = сопят.При испытаниях представляет интерес определение механических свойств пленки (предела упругости, текучести, 55 прочности) при деформировании ее по сложному закону нагружения. Для это" го индентор при вдавливании его в При испытаниях очень твердых диэлектрических пленок индентор в процессе испытаний деформируется вдоль оси приложения нагрузки, причем величина деформации становится сравнимой с толщиной пленки и ее необходимо учитывать при исследованиях свойств пленки. Для этого предварительно устанавливают величину возДушного зазора емкостного датчика 7 равной толщине пленки, нагружают индентор 3 до исчезновения воздушноГо зазора, т.е; до касания электро- проводной пластиной 9 подложки 1, и по величине емкости датчика 6 судят о величине деформации индентора 3.формула изобретения1. Способ испытания диэлектрических пленок, заключающийся в том, что пленку помещают на электропроводную подложку, нагружают индентор, вдавливают его в пленку, определяют силу вдавливания, по величине которой определяют твердость, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативности, измеряют дополнительно электрическиеемкости между индентором и подложкой с пленкой и воздушного зазора, зависящего70638 где лС изменение емкости междуиндентором и подложкой,радиус индентора, м;толщина пленки, м;глубина внедрения индентора, м;электрическая постоянная8, 85410-ц Ф/м. 10 Составитель С.БарабановТехред Л.Олейник Корректор С.Черни Редактор М.Дылын Заказ 6235/45 Тираж 778 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная, 4 5 12от перемещения индентора, сравниваютих, определяют глубину внедренияиндентора и с ее учетом определяюттвердость, диэлектрическую проницаемость, пористость, пластические,прочностные и вязкоупругие свойствапленки,2. Способ по п, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что нагружениепроводят по крайней мере дважды ипо результатам первого нагруженияосуществляют последующие нагруженияв зависимости от измеряемых величин,3. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что при нагружении индентора одновременно его закручивают вокруг оси.4. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью определения усталостных свойств пленки, нагружение проводят циклически.5, Способ по п, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что нагружениепроводят при постоянной величине отношения измеренных емкостей,6. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности за счет учета деформации индентора, устанавливают воздушный зазор равным толщине пленки,нагружение проводят до его исчезновения, определяют деформацию инден -тора и с ее учетом определяют характеристики пленки.7. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что при определениидиэлектрической проницаемости принагружении сферическим инденторомее определяют по формуле Ф8. Устройство для испытания ди электрических пленок, содержащееэлектропроводную подложку для размещения пленки, установленный напротивнее индентор с электропроводной по -верхностью, узел нагружения инденто ра и силоизмеритель, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности, оно снабженодиэлектрической перемычкой, жесткосоединенной посредством нее с инден тором электропроводной пластиной,размещенной напротив подложки с возможностью регулировки воздушногозазора и образующей с ней емкостныйдатчик, измерительно в информационн 30 системой, соединенной с силоизмерителем, первым и вторым образованныминдентором и подложкой с пленкой,емкостными датчиками и программнымустройством, связанным с узлом нагру9. Устройство по п. 8, о т л ич а ю щ е е с я тем, что узел нагружения включает узел для закручивания индентора вокруг оси.