Измеритель толщины диэлектрических и полупроводниковых материалов

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ , содержащий последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности , первый балансный смеситель, второй вход которого подключен к выходу регулируемого по частоте СВЧ-генератора , и первый фильтр нижних частот , а также передающую антенну, приемную антенну, двухпозидионный управляемый переключатель, фазовый детектор и линию задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, между выходом приемной антенны и входом двухпозиционного управляемого переключателя последовательно включены второй балансный смеситель, второй вход которого соединен с выходом регулируемого по частоте СВЧ-генератора, и второй фильтр нижних частот, между выходом двухпозидионного управляемого переключателя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот и входом линии задержки , и первым входом фазового детектора включен первый амплитудный ограничитель , между выходом линии задержки и вторым входом фазового детектора включен второй амплитудный ограничитель , а к выходу фазового детектора подключены последовательно компаратор и блок управления, а также введены последовательно соединенные ге§ нератор счетных импульсов, временной селектор, счетчик импульсов и реги (Л стр, управляющий вход регулируемого по частоте СВЧ-генератора подключен к выходу введенного генератора раз-вертки , при этом первый, второй, третий , четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно 00 с управляющими входами двухпозиционного управляемого переключателя, геел нератора развертки, временного селектора , счетчика импульсов и регистра, ;О а его второй и третий входы соедине;о ны соответственно с выходом генератора развертки и через введенный делитель частоты с выходом генератора счетных импульсов, причем второй выход делителя мощности соединен с входом передающей антенны.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5!)4 С 01 И 22/00 в с

ЕНИЯ;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3677407/09-24 (22) 09. 12. 83 (46) 15. 10. 85. Бюл. N 38 (72) В.И. Водотовка, !О.А. Скрипник и С.М. Кадочников . (53) 621.317.738(088.8) (56) Бондаренко И.К. и др. Автоматизация измерений параметров СВЧ-трактов. М.: Советское радио, 1969, с. 159 †1, 243 — 244.

Авторское свидетельство СССР

Р 901890, кл. G 01 N 22/00, 1979. (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ДИЭЛЕКТ—

РИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИЛЛОВ, содержащии последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности, первый балансный смеситель, второй вход которого подключен к выходу регулируемого по частоте СВЧ-генератора, и первый фильтр нижних частот, а также передающую антенну, приемную антенну, двухпозиционный управляемый переключатель, фазовый детектор и линию задержки, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, между выходом приемной антенны и входом двухпозиционного управляемого переключателя последовательно включены второй балансный смеситель, второй вход которого соединен с выходом регулируемого по частоте СВЧ-генератора, и второй фильтр нижних частот, между выходом двухпозиционного управляемого переключателя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот и входом линии задержки, и первым входом фазового детектора включен первый амплитудный ограничитель, между выходом линии задержки и вторым входом фазового детектора включен второй амплитудный ограничитель, а к выходу фазового де-.сктора подключены последовательно компаратор и блок управления, а также введены последовательно соединенные генератор счетных импульсов, временной селектор, счетчик импульсов и регистр, управляющий вход регулируемого по частоте СВЧ-генератора подключен к выходу введенного генератора развертки, при этом первый, второй, третин, четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами двухпозиционного управляемого переключателя, генератора развертки, временного селектора, счетчика импульсов и регистра, а его второй и третий входы соединены соответственно.с выходом генератора развертки и через введенный делитель частоты с выходом генератора счетных импульсов, причем второй выход делителя мощности соединен с входом передающей антенны.

1 11851

Изобретение относится к измерительной технике и может быт» использовано для контроля толщины различных листовых и рулонных синтетических материалов, а также пластин полупроводнико- 5 вых материалов.

Цель изобретения — повышение точности.

Ма фиг. 1 приведена структурная электрическая схема измерителя толщи-»О ны диэлектрических и полупроводниковых материалов; на фиг. 2 — эпюры напряжений.

Измеритель толщины диэлектрических и полупроводниковых материалов содер-15 жит стабилизованный по частоте СВЧ-re epqwop 1, передающую 2 и приемную 3 антенны, между которыми расположены контролируемый материал 4, первый и второй балансные смесители 5 и 6, делитель 7 мощности, регулируемый по частоте СВЧ-генератор 8, первый и второй фильтры 9, 10 нижних частот, двухпозиционный управляемый переключатель 11, линию задержки 12, первый и 25 второй амплитудные ограничители 13 и

14, фазовый детектор 15, компаратор

16, блок 17 управления, генератор 18 счетных импульсов, делитель 19 частоты, временной селектор 20, счетчик 21 импульсов, регистр 22 и генератор 23 развертки.

Измеритель толщины диэлектрических и полупроводниковых материалов. работает следующим образом. 35

Сигнал СВЧ-генератора i стабильной частоты f поступает на передаю t щую антенну 2, проходит контролируемый материал 4 и воспринимается приемной антенной 3. При прохождении 1» сигнала через контролируемый материал 4 происходит изменение фазы сигнала на значение где p — фаэовая постоянная;

d — - толщина контролируемого материала 4;

6 — относительная дизлектричес- 50 кая проницаемость;

С вЂ” скорость распространения СВЧколебаний в свободном пространстве.

Принятый приемной антенной 3 сиг- 55 нал поступает на вход балансного смесителя 5, на второй вход которого по-, ступает сигнал частоты fg от регулируе э (t) f г которые выделяются первым и вторым фильтрами 9, 10 нижних частот.

При указанном состоянии двухпозиционного управляемого переключателя

11 сигнал разностной частоты f c выхода первого фильтра 9 через линию задержки 12 и первый амплитудный ограничитель 13 поступает на один вход фазового детектора 15 с фаэовым сдвигом дг,= 2 7г f t

0 (2) где t — время задержки линии задержки 12; ! — текущее значение разностной

3 частоты.

Ра другой вход фазового детектора 15 сигнал раэностной частоты поступает непосредственно с выхода первого фильтра 9 через двухпозиционный управляемый переключатель 11 и второй амплитудный ограничитель 14.

Выходной сигнал фазового детектора 15 с линейной амплитудно-фазовой характеристикой определяется выражением

Ц, = S(1+ г„) дт,+ U,, (3) где S — чувствительность фазового . детектора 15; у - — относительная погрешность

$ чувстрительности на частоте

bU — абсолютная погрешность нуля фазового детектора 15 на

I .частоте f

С изменением разностной частоты

К по линейному закону (фиг. 2а) меняется соответственно и выходной сигнал фазового детектора 15 (фиг. 2б), который поступает на компаратор 16.

В момент времени, когда выходной сигнал фазового детектора 15 U стано15 вится равным опорному сигналу компаратора 16 U», на выходе r. îñëåäíå99 2 мого по частоте СВЧ-8 генератора. Одновременно сигнал СВЧ-генератора 1 через делитель 7 мощности поступает на второй балансный смеситель 6, второй вход которого также подключен к регулируемому по частоте СВЧ-генерато-. ру 8.

В результате смешивания колебаний частоты f и изменяющейся во времени частоты f (t)oáðàçóþòñÿ колебания раэностной частоты

11851 го появляется импульсный сигнал Б„ (фиг. 2в), поступающий в блок 17 уп-, равления, который формирует иэ тактовых импульсов 0„ (фиг. 2д), образованных делением частоты генератора 18 счетных импульсов (фиг. 2г), сигнал переключения двухпозиционно го управляемого переключателя 11 (фиг. 2е).

В другом положении двухпозицион- 1О ного управляемого переключателя 11 на выходе фазового детектора 15 образуется сигнал, пропорциональный разности фазовых сдвигов, вносимых линией задержки 12 и контролируемым 15 материалом 4

It

8(1 + Tg) ()) 1 — ()() )+ dU2» (4)

1 где у и дУ вЂ” погрешности фазового

2 2 детектора 15 при но- 20 вом значении текущей частоты f

)(Одновременно с переключением и уменьшением выходного напряжения фазового детектора 15 блок 17 с некото- 25 рой задержкой формирует сигнал, открывающий временной селектор 20. В результате этого счетные импульсы с выхода временного селектора 20 U o (фиг. 2ж) начинают поступать в счет- gp чик 21 импульсов, где накапливаются.

При дальнейшем увеличении разностной частоты f (фиг. 2а) наступает момент, когда выходной сигнал фазового детектора 15 вновь становится рав- ным опорному сигналу компаратора 16 (фиг. 2б).

Это состояние соответствует равенству U = U„", т.е.

Б(!+У)2)) fw "о + ClU„= S{1+gz) (2II f> „40

ito—

С (5) Выбирая фазовый сдвиг, вносимый контролируемым материалом 4 на часто- 4

99 4 те f, значительно меньшим фазового сдвига, образованного линией эадержt ки 12 на разностной частоте (I! V ((д(), можно обеспечить малое г отличие разностной частоты ff) от пер( воначального значения f . Это позволяет считать g = y, h U„= d01, а равенство (5) йривести к виду

f - t — f — -d, откуда и

Л

3 0 3 () 1 C

d= (f — f ) =K(f>-f):,(6) где К = --,— — коэффициент пропорС, ! Ж циональности.

Возникший в момент равенства (5) импульс с выхода компаратора 16 посту пает на блок 17 управления, который закрывает временной селектор 20 с той же временной задержкой, что и при открытии (фиг. 2ж).

Записанное в счетчике 21 количество импульсов пропорционально разности частот f — f и, следовательно, и согласно (о) — толщине контролируемого материала 4.

С приходом очередного тактового импульса (фиг. 2д) блок 17 вырабатывает сигнал на перезапись кода в регистр 22 (фиг. 2э), где он хранится до следующего измерения.

Изменение разностой частоты по линейному закону обеспечивает генератор 23 раэертки, управляющий частотой регулируемого в небольших пределах по частоте СВЧ-генератора 8. По истечении времени развертки в блок 17 поступает сигнал "стоп" (фиг. 2и), под действием которого формируется сигнал "Сброс" (фиг. 2к), возвращающий измеритель в исходное состояние.

По окончании сигнала "Сброс" цикл измерения повторяется в той же последо » вательности, 1185199

5 и

Фие. 2

ВНИИПИ Заказ 6355/38 Тираж 896 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4