Ключові слова
ємнісний перетворювач
тонкі плівки
ITO
поліімід
ефективність
Як цитувати
Анотація
На основі проведених структурних досліджень тонких плівок було розроблено конструктивно-технологічне рішення та створено тонкоплівковий ємнісний перетворювач для проведення акустичного контролю металевих виробів ємнісним способом. Визначено, що поряд із кристалічною структурою шарів, необхідно також контролювати поверхневий електричний опір провідного шару ITO, значення якого визначають можливість використання такої структури у якості обкладки ємнісного перетворювача без значних втрат корисного сигналу, та діелектричну проникність шару Al2O3, котра суттєво впливає саме на величину корисного сигналу. За допомогою чотирьохзондового методу встановлено, що поверхневий електроопір (R□) шарів ITO при оптимальних режимах осадження дорівнює 8‑15 Oм/□. Дослідження електрорушійної сили Холла свідчать про те, що одержане значення питомого електроопору зумовлене концентрацією основних носіїв заряду від близько 8,3·1020 cм–3 та рухливістю основних носіїв заряду на рівні 44 cм2/(В·с). Результати досліджень діелектричних властивостей свідчать про зростання величини діелектричної проникності структури поліімід/Al2O3, котра складає 8,5–11,5 відн. од., відносно поліімідної плівки (3–3,9 відн. од.) приблизно у 3 рази при частотах збуджуючого сигналу у діапазоні 10 Гц–10 МГц. Зазначена обставина підтверджує припущення щодо можливості збільшення діелектричної проникності прошарку за рахунок нанесення на поліімідну плівку тонкого шару Al2O3. Для підтвердження можливості збільшення чутливості методу за рахунок використання ємнісного перетворювача на основі структури Al/ITO/поліімід/Al2O3 у порівняння з класичними перетворювачами було проведено дослідження серії зразків із алюмінію на частоті коливань 2,5 МГц. Величина прийнятого сигналу у разі використання тонкоплівкового перетворювача зростає у 7,6 рази у порівнянні з класичним перетворювачем, що добре корелює з проведеними вимірюваннями діелектричної проникності діелектричних шарів та з урахуванням зменшення товщини діелектричного прошарку. Таким чином, експериментально підтверджується зростання чутливості ємнісного методу у разі використання тонкоплівкових ємнісних перетворювачів на основі структури Al/ITO/поліімід/Al2O3. Максимальна амплітуда акустичного зміщення припадає на край пластини, тому були проведені дослідження електродів з вирізами, що дало змогу підвищити акустичний сигнал вдвічі для великого внутрішнього вирізу.
Посилання
B. Ye. Paton, V. О. Troitskyi, and Yu. М. Posypaiko, “Neruinivnyi kontrol v Ukraini [non-destructive testing in Ukraine],” Information Bulletin of the Ukrainian Society of Nondestructive Testing and Technical Diagnostics, vol. 2, no. 18, pp. 5–9, 2003.
D. Breysse and J.-P. Balayssac, Eds., Non-Destructive in Situ Strength Assessment of Concrete. Cham: Springer International Publishing, 2021, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-64900-5.
V. А. Troickij, Kratkoe posobie po kontrolju kachestva svarnyh soedinenij. Metodicheskie rekomendacii dlja specialistov-defektoskopistov [Brief manual on quality control of welded joints. Guidelines for specialist defectoscopists]. Kyiv: IES named after E. O. Patona, 1997.
І. P. Bilokur, Akustychnyi kontrol [Acoustic control]. Kyiv: IZMN, 1997.
M. Ahmed, A. Bakry, A. Qasem, and H. Dalir, “The main role of thermal annealing in controlling the structural and optical properties of ITO thin film layer,” Optical Materials, vol. 113, p. 110866, Mar. 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.110866.
A. H. Ali, Z. Hassan, and A. Shuhaimi, “Enhancement of optical transmittance and electrical resistivity of post-annealed ITO thin films RF sputtered on Si,” Applied Surface Science, vol. 443, pp. 544–547, Jun. 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.03.024.
L. V. Zaitseva, O. S. Vodoriz, and R. V. Zaitsev, “ITO/polyimide/Al2O3 thin film structure for capacitive transducers,” Energy: Series “Modern Problem of Power Engineering and Ways of Solving Them”, vol. 96, no. 4, pp. 124–127, 2020.
L. K. Markov, A. S. Pavluchenko, I. P. Smirnova, M. V. Mesh, and D. S. Kolokolov, “Application of atomic layer deposition for the formation of nanostructured ITO/Al2O3 coatings,” Semiconductors, vol. 55, no. 4, pp. 438–445, Apr. 2021, doi: https://doi.org/10.1134/s1063782621040102.
H.-T. Zuo, F. Gan, J. Dong, P. Zhang, X. Zhao, and Q.-H. Zhang, “Highly transparent and colorless polyimide film with low dielectric constant by introducing meta-substituted structure and trifluoromethyl groups,” Chinese Journal of Polymer Science, vol. 39, no. 4, pp. 455–464, Apr. 2021, doi: https://doi.org/10.1007/s10118-021-2514-2.
K. Dasgupta, S. Bose, A. Mondal, S. Jana, and U. Gangopadhyay, “Fabrication and mathematical modelling of a ITO-Al2O3-Si SIS solar cell,” Silicon, vol. 14, no. 17, pp. 11963–11977, May 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s12633-022-01910-5.
X. Wang, A. Suwardi, S. L. Lim, F. Wei, and J. Xu, “Transparent flexible thin-film p–n junction thermoelectric module,” NPJ Flexible Electronics, vol. 4, no. 1, Aug. 2020, doi: https://doi.org/10.1038/s41528-020-00082-9.
L. V. Zaitseva, G. S. Khrypunov, R. V. Zaitsev, and O. V. Momotenko, “Advanced capacitive converters based on Al/ITO/polyimide/Al2O3 heterostructures,” in XV International Conference on the Physics and Technology of Thin Films and Nanosystems, Ivano-Frankivsk, Ukraine, May 11–16, 2015. p. 312.
N. G. Orji et al., “Metrology for the next generation of semiconductor devices,” Nature Electronics, vol. 1, no. 10, pp. 532–547, Oct. 2018, doi: https://doi.org/10.1038/s41928-018-0150-9.
L. Zhang, J. Ran, S.-Z. Qiao, and M. Jaroniec, “Characterization of semiconductor photocatalysts,” Chemical Society Reviews, vol. 48, no. 20, pp. 5184–5206, 2019, doi: https://doi.org/10.1039/c9cs00172g.
J. Bahar, Y. Lghazi, B. Youbi, M. Ait Himi, and I. Bimaghra, “Comparative study of nucleation and growth mechanism of cobalt electrodeposited on ITO substrate in nitrate and chloride electrolytes,” Journal of Solid State Electrochemistry, vol. 25, no. 6, pp. 1889–1900, May 2021, doi: https://doi.org/10.1007/s10008-021-04961-7.
V. Raman, Y.-H. Cho, J.-H. Park, D. Chinnadurai, and H.-K. Kim, “Impact of low temperature plasma annealing for flexible, transparent and conductive ITO/PEDOT:PSS composite electrode,” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol. 93, pp. 423–429, Jan. 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2020.10.021.
W.-L. Jeong et al., “A highly conductive and flexible metal mesh/ultrathin ITO hybrid transparent electrode fabricated using low-temperature crystallization,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 794, pp. 114–119, Jul. 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.249.
K. Hrabová, S. Hüblová, P. Cikrle, and T. Vymazal “Using the Ultrasonic Method for the Defectoscopy of Failures in Reinforced Concrete Columns,” Solid State Phenomena, vol. 322, p. 203–208, Aug. 2021, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.322.203.
I. O. Bolotina, D. A. Sednev, and V. A. Portenko “Ultrasonic testing method for quality control of mold castings”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 511, art. 012043, 2019, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/511/1/012043.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2022 Лілія Василівна Зайцева, Андрій Ігорович Доброжан, Геннадій Семенович Хрипунов, Михайло Семенович Хрипунов