DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.04.21

Ємнісний перетворювач на основі тонкоплівкової структури ITO/поліімід/Al2O3

Roman Zaitsev, Liliia Zaitsev, Olga Vodoriz

Анотація


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/, 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. 

Ключові слова


тонкі плівки; поліімід; ITO; перетворювач; ємнісний метод; дефектоскопія металів; діелектрична стала

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Dwivedi S. K., Vishwakarma M., Soni A. Advances and Researches on Non Destructive Testing: A Review. MaterialsToday: Proceedings, 2018, Vol. 5, no. 2, pp. 3690-3698, doi:10.1016/j.matpr.2017.11.620.

Guo S., Shah L., Ranjan R., Walbridge S., Gerlich A. Effect of quality control parameter variations on the fatigue performance of aluminum friction stir welded joints. International Journal of Fatigue, 2019, Vol. 118, pp. 150-161, doi:10.1016/j.ijfatigue.2018.09.004.

Gorkunov B. M., Tupa I. V., Zaitseva L. V., Khrypunov G. S., Zaitsev R. V., Khrypunova A. L. Metal Defectoscopy by the Capacitive Acoustic Method: The Physical Base Development. Journal of nano- and electronic physics, 2018, Vol. 7, no. 1, pp. 01038.

Bondarenko O. G. Determination of the actual area of dry acoustic contact in the system “transducer-product” in low-frequency defectoscopy. Methods and devices of quality control, 2019, Vol. 43, no. 2, pp. 5-15, doi:10.31471/1993-9981-2019-2(43)-5-15.

Myatezh A. V., Malozyomov B. V. Defectoscopy of conductive structures. International Conference "Actual Issues of Mechanical Engineering", Atlantis Press, 2019, pp. 435-440, doi:10.2991/aime-18.2018.83.

Sousa M. G., da Cunha A. F. Optimization of low temperature RF-magnetron sputtering of indium tin oxide films for solar cell applications. Applied Surface Science, 2019, Vol. 484, pp. 257-264, doi: 10.1016/j.apsusc.2019.03.275.

Yüzüak G. D., Coşkun Ö. D. The effect of annealing on the structural, electrical, optical and electrochromic properties of indium-tin-oxide films deposited by RF magnetron sputtering technique. Optik, 2017, Vol. 142, pp. 320-326, doi:10.1016/j.ijleo.2017.06.016.

Khrypunov G., Sokol E., Kudii D., Khrypunov M. The optimization of technology ITO layers for thin-film solar cells. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering, Ukraine, 2018, pp. 393-398, doi:10.1109/TCSET.2018.8336227.

XiaoHui C., Tao X., DongBing L., QingGuo Y., BinQiang L., Mu L., XiaoYa L., Jun L. Graphical method for analyzing wide-angle x-ray diffraction. Review of Scientific Instruments, 2018, Vol. 89, no. 1, pp. 013904, doi:10.1063/1.5003452.

Kumar S., Mote V.D., Prakash R., Kumar V. X-ray Analysis of α-Al2O3 Particles by Williamson–Hall Methods. Materials Focus, 2016, Vol. 5, no. 6, pp. 545-549, doi:10.1166/mat.2016.1345.

Troyan P., Zhidik Yu., Zhidik E. Investigation of temperature stability of ITO films characteristics. IV International Young Researchers Conference “Youth, Science, Solutions: Ideas and Prospects”, Russia, 2018, pp. 03010, doi:10.1051/matecconf/201814303010.

Acharya J., Wilt J., Liu B., Wu J. Probing the Dielectric Properties of Ultrathin Al/Al2O3/Al Trilayers Fabricated Using in Situ Sputtering and Atomic Layer Deposition. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, Vol. 10, no. 3, pp. 3112-3120, doi:10.1021/acsami.7b16506.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Dwivedi S. K., Vishwakarma M., Soni A. Advances and Researches on Non Destructive Testing: A Review. MaterialsToday: Proceedings. 2018. Vol. 5. no. 2. pp. 3690-3698. doi:10.1016/j.matpr.2017.11.620.
  2. Guo S.,  Shah L., Ranjan R., Walbridge S., Gerlich A. Effect of quality control parameter variations on the fatigue performance of aluminum friction stir welded joints. International Journal of Fatigue. 2019. Vol. 118. pp. 150-161. doi:10.1016/j.ijfatigue.2018.09.004.
  3. Gorkunov B. M., Tupa I. V., Zaitseva L. V., Khrypunov G. S., Zaitsev R. V., Khrypunova A. L. Metal Defectoscopy by the Capacitive Acoustic Method: The Physical Base Development. Journal of nano- and electronic physics. 2018. Vol. 7. no. 1. pp. 01038.
  4. Bondarenko O. G. Determination of the actual area of dry acoustic contact in the system “transducer-product” in low-frequency defectoscopy. Methods and devices of quality control. 2019. Vol. 43. no. 2. pp. 5-15. doi:10.31471/1993-9981-2019-2(43)-5-15.
  5. Myatezh A. V., Malozyomov B. V. Defectoscopy of conductive structures. International Conference "Actual Issues of Mechanical Engineering". Atlantis Press, 2019. pp. 435-440. doi:10.2991/aime-18.2018.83.
  6. Sousa M. G., da Cunha A. F. Optimization of low temperature RF-magnetron sputtering of indium tin oxide films for solar cell applications. Applied Surface Science. 2019. Vol. 484. pp. 257-264. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.03.275.
  7. Yüzüak G. D., Coşkun Ö. D. The effect of annealing on the structural, electrical, optical and electrochromic properties of indium-tin-oxide films deposited by RF magnetron sputtering technique. Optik. 2017. Vol. 142. pp. 320-326. doi:10.1016/j.ijleo.2017.06.016.
  8. Khrypunov G., Sokol E., Kudii D., Khrypunov M. The optimization of technology ITO layers for thin-film solar cells. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering. Ukraine, 2018. pp. 393-398. doi:10.1109/TCSET.2018.8336227.
  9. XiaoHui C., Tao X., DongBing L., QingGuo Y., BinQiang L., Mu L., XiaoYa L., Jun L. Graphical method for analyzing wide-angle x-ray diffraction. Review of Scientific Instruments. 2018. Vol. 89. no. 1. pp. 013904. doi: 10.1063/1.5003452.
  10. Kumar S., Mote V.D., Prakash R., Kumar V. X-ray Analysis of α-Al2O3 Particles by Williamson–Hall Methods. Materials Focus. 2016. Vol. 5. no. 6. pp. 545-549. doi:10.1166/mat.2016.1345.
  11. Troyan P., Zhidik Yu., Zhidik E. Investigation of temperature stability of ITO films characteristics. IV International Young Researchers Conference “Youth, Science, Solutions: Ideas and Prospects”. Russia, 2018. pp. 03010. doi:10.1051/matecconf/201814303010.
  12. Acharya J., Wilt J., Liu B., Wu J. Probing the Dielectric Properties of Ultrathin Al/Al2O3/Al Trilayers Fabricated Using in Situ Sputtering and Atomic Layer Deposition. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. Vol. 10. no. 3. pp. 3112-3120. doi:10.1021/acsami.7b16506.