Емкостной преобразователь на основе тонкопленочной структуры ITO/полиимид/Al2O3

Autor: Zaitsev, Roman, Zaitsev, Liliia, Vodoriz, Olga
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях; № 4(6) (2020): Вісник НТУ «ХПІ»: Серія "Нові рішення у сучасних технологіях"; 144-149
Вестник Национального Технического Университета "ХПИ" Серия Новые решения в современных технологиях; № 4(6) (2020): Вестник НТУ "ХПИ": Серия "Новые решения в современных технологиях"; 144-149
Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: New solutions in modern technologies; № 4(6) (2020): Bulletin of the NTU"KhPI". Series: New Solutions in Modern Technology; 144-149
ISSN: 2079-5459
2413-4295
Popis: It has been developed and approbated prototypes of thin-film capacitor transducers based on Al/ITO/polyimide/Al2O3 heterosystem for capacitive acoustic control in metal objects in the modes of simultaneous acoustic signal reception and generation by capacitive transducers and in certain modes of acoustic signal generating or receiving that can realize objects monitoring with sensitivity at the level of piezoelectric transducers. The developed prototype of thin film capacitive transducer for monitoring pipelines by longwave capacitive method allows increasing the maximum distance between the capacitive transducers up to 10 meters. At a substrate temperature of 300 oC and a specific power of the magnetron of 0.31 W/cm2 on Upilex polyimide films were obtained layers of capacitive transducers with a thickness of 0.2-0.3 μm with a surface resistance of 8 Ohm/, while the concentration of charge carriers was 8,3·1020 cm-3 and mobility - 44 cm2/(V·s). It has been engineered the thin film capacitive transducers which by using the polyamide film with 15 microns thickness of and alumina film with 1 micron thickness allow to increase the sensitivity of such method in 7-8 times, and the additional use of thin crystalline Al2O3 films deposited on a substrate of polyimide, allows to increase the value of the dielectric constant of the layer of the capacitive transduser from 3-4 relative units to 8.5-11.5 relative units. Experimental studies of the crystal structure of the developed transducers by X - ray diffractometry and research of their dielectric properties were carried out. The device was tested and the possibility of its use was shown along with the generally accepted methods of defectoscopy. It is shown that using the magnetron sputtering technology, which provides high adhesion to polyimide substrate layers, made possible produce the capacitive transducers for objects with various shape. Proposed and patented: capacitor method for receiving acoustic signals in non-destructive control and transducer of ultrasonic acoustic wave’s excitation and receiving.
Розроблено та апробовано дослідні зразки тонкоплівкових ємнісних перетворювачів на основі гетеросистеми Al/ITO/поліімід/Al2O3 для проведення ємнісного акустичного контролю у металевих виробах у режимах одночасного прийому і генерації акустичного сигналу ємнісними перетворювачами та в окремих режимах генерації або прийому акустичного сигналу, які дають можливість реалізувати контроль об’єктів з чутливістю на рівні п’єзоелектричних перетворювачів. Розроблено дослідний зразок тонкоплівкового ємнісного перетворювача для проведення контролю трубопроводів довгохвильовим ємнісним методом, що дає змогу збільшити максимальну відстань між ємнісними перетворювачами при контролі до 10 метрів. При температурі підкладки 300 оС та питомій потужності магнетрону 0,31 Вт/см2 на поліімідних плівках фірми Upilex були отримані шари ємнісних перетворювачів завтовшки 0,2-0,3 мкм з поверхневим електроопором 8 Ом/ˆ, при цьому концентрація носіїв заряду становила 8,3×1020 см-3, рухливість - 44 cм2/(В·с). Створені тонкоплівкові ємнісні перетворювачі, які дають змогу за рахунок використання поліімідної плівки товщиною 15 мкм та плівки оксиду алюмінію товщиною 1 мкм збільшити чутливість методу у 7-8 разів, а додаткове використання тонких кристалічних плівок Al2O3,осаджених на підкладку з полііміду, дозволяє підвищити величину діелектричної проникності прошарку ємнісного перетворювача від 3-4 відн.од., характерних для полііміду, до 8,5-11,5 відн. од. Проведено експериментальні дослідження кристалічної структури розроблених перетворювачів методом рентгендифрактометрії та дослідження їх діелектричних властивостей. Проведено апробацію приладу та показано можливість його використання поряд із загальноприйнятими методами дефектоскопії. Показано, що використання технології магнетронного розпилення, котра забезпечує високу адгезію шарів до поліімідної підкладки, дає змогу одержувати ємнісні перетворювачі для виробів різноманітної форми. Запропоновані і запатентовані: конденсаторний спосіб прийому акустичних сигналів при неруйнівному контролі та перетворювач збудження і прийому ультразвукових акустичних хвиль.
Разработаны и апробированы опытные образцы тонкопленочных емкостных преобразователей на основе гетеросистемы Al/ITO/полиимид/Al2O3 для проведения емкостного акустического контроля в металлических изделиях в режимах одновременного приема и генерации акустического сигнала емкостными преобразователями и в отдельных режимах генерации или приема акустического сигнала, которые позволяют реализовать контроль объектов с чувствительностью на уровне пьезоэлектрических преобразователей. Разработан опытный образец тонкопленочного емкостного преобразователя для проведения контроля трубопроводов длинноволновым емкостным методом, что позволяет увеличить максимальное расстояние между емкостными преобразователями при контроле до 10 метров. При температуре подложки 300 °С и удельной мощности магнетрона 0,31 Вт/см2 на полиимидной пленке Upilex были получены слои емкостных преобразователей толщиной 0,2-0,3 мкм с поверхностным электросопротивлением 8 Ом/, при этом концентрация носителей заряда составляла 8,3·1020 см-3, подвижность - 44 cм2/(В·с). Созданы тонкопленочные емкостные преобразователи, которые позволяют за счет использования полиимидной пленки толщиной 15 мкм и пленки оксида алюминия толщиной 1 мкм увеличить чувствительность метода в 7-8 раз, а дополнительное использование тонких кристаллических пленок Al2O3, осажденных на подложку из полиимида, позволяет повысить величину диэлектрической проницаемости прослойки емкостного преобразователя от 3-4 отн. ед., характерных для полиимида, до 8,5-11,5 отн. ед. Проведены экспериментальные исследования кристаллической структуры разработанных преобразователей методом рентгендифрактометрии и исследованы их диэлектрические свойства. Проведена апробация прибора и показана возможность его использования наряду с общепринятыми методами дефектоскопии. Показано, что использование технологии магнетронного распыления, которая обеспечивает высокую адгезию слоев к полиимидной подложке, позволяет получать емкостные преобразователи для изделий различной формы. Предложены и запатентованы: конденсаторный способ приема акустических сигналов при неразрушающему контролю и преобразователь возбуждения и приема ультразвуковых акустических волн.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: