Método de medición de terahertz
Medición de sistemas orgánicos y dieléctricos monocapa y multicapa.
El método de medición de terahertz permite medir el grosor del recubrimiento y analizar una amplia gama de materiales orgánicos y dieléctricos. Se pueden penetrar hasta siete capas con ondas de terahertz: sin contacto, completamente no destructivas y no ionizantes.
Así funciona la medición de terahertz.
Hay muchas técnicas que utilizan ondas electromagnéticas en la gama de frecuencias de los terahertz. Una de ellas es la Espectroscopia de Terahertz en el Dominio del Tiempo (TDS), un método establecido para el análisis de materiales que utiliza ondas de terahertz pulsadas extremadamente cortas en una amplia gama de frecuencias de 0,1 a 6 terahertz. Cuando las ondas de terahertz inciden sobre un material no conductor o débilmente conductor, penetran en él y se reflejan parcialmente. Si los materiales se aplican como sistemas multicapa sobre un material base, como lacas en carrocerías de coches o láminas sobre materiales portadores, las ondas terahertz se reflejan parcialmente en las interfaces de las distintas capas.
Estos impulsos "eco" reflejados se detectan con diferencias de tiempo específicas, lo que permite medir el tiempo de tránsito de la señal reflejada. Esto permite determinar con gran precisión y sin contacto las distancias entre las interfaces, es decir, el grosor de cada capa. Así, la Espectroscopia Terahertz en el Dominio del Tiempo puede detectar el espesor de cada capa de un sistema multicapa por separado en una sola medición.
También pueden determinarse otros parámetros como la homogeneidad, la porosidad, la conductividad y la movilidad de los portadores de carga libres (2DEG). Las propiedades del sustrato no influyen en la medición. Además, esta técnica tamiza la radiación incoherente causada, por ejemplo, por la temperatura ambiente o la luz ambiental.
Este diagrama esquemático ilustra el principio básico de la espectroscopia de terahertz en el dominio del tiempo.
- Las ondas de terahertz pulsadas ultracortas inciden en el material investigado, penetran en él y se reflejan parcialmente en las interfaces de las capas.
- Las distintas reflexiones se detectan en tiempos diferentes, lo que proporciona información sobre las distancias y, por tanto, sobre los grosores de las capas.
La tecnología de medición de terahertz se caracteriza por su gran precisión: En una superficie de medición de menos de 2 mm pueden determinarse grosores de capa de > 10 μm. En comparación con el método de inducción magnética, que tienen una resolución similar, la medición por terahertz ofrece una repetibilidad 10 veces mejor con 1 ‰.
Dado que las capas orgánicas o dieléctricas, como lacas o pinturas, son al menos parcialmente transparentes a las ondas terahertz, éstas no afectan a los materiales. La medición es completamente no destructiva. A diferencia de la inducción magnética y la medición por ultrasonidos, el método de terahertz funciona completamente sin contacto, con varios centímetros de distancia de trabajo. Por lo tanto, incluso las capas húmedas y blandas pueden medirse sin problemas.
Las ondas de terahertz se encuentran en la gama del infrarrojo lejano, lo que significa que tienen menos energía que la luz visible o los rayos X. Por lo tanto, no son ionizantes y son inocuas. Por lo tanto, no son ionizantes ni dañinas. Los instrumentos de terahertz pueden utilizarse abiertamente y no requieren protección contra las radiaciones.
¿Dónde se utiliza este proceso?
La tecnología de terahertz puede utilizarse para numerosas aplicaciones en muchas industrias diferentes, por ejemplo en sectores como el automotriz, fabricación de semiconductores y pruebas de obleas, fabricación de baterías, extrusión/laminación de plásticos multicapa, aeroespacial, pilas de combustible, fotovoltaica, química, pinturas y lacas, farmacéutica, médica y muchos más.
- Medición del espesor de recubrimientos de sistemas orgánicos y dieléctricos (no conductores o de baja conductividad) monocapa y multicapa sobre sustratos plásticos o metálicos.
- Medición del espesor de recubrimientos secos y húmedos, duros y blandos, lisos o rugosos.
- Medición de conductividad sin contacto (como células solares, obleas 2DEG, grafeno)
- Control de calidad y ensayos no destructivos (END), obtención de imágenes a través del material, detección de defectos e inclusiones ocultos, medición espectroscópica
- Caracterización y desarrollo de materiales
- Medición de propiedades relevantes para radar, como transmisión y reflexión de radar
¿Qué factores pueden influir en la medición?
En la tecnología de medición de terahertz, varios factores pueden afectar a la precisión y confiabilidad de los resultados.
Aplicación en diversos materiales y superficies
Los distintos materiales tienen diferentes propiedades de absorción y reflexión en la gama de frecuencias de terahertz. La composición, densidad, conductividad, rugosidad superficial y transparencia del material pueden afectar a la medición con ondas terahertz. Además, la forma de la superficie puede influir en la medición. Por lo tanto, deben tenerse en cuenta las propiedades específicas del material.
Movimiento del objeto a medir
Si el objeto que se va a medir se encuentra en un soporte móvil, como una cadena de montaje, la velocidad de la cadena de montaje puede influir en la medición. El movimiento del objeto hace que las ondas de terahertz penetren en diferentes zonas del objeto durante la medición. Esto puede provocar que los datos de medición aparezcan borrosos o distorsionados. Nuestra innovadora compensación intrínseca de vibraciones minimiza esta influencia.
Influencias debidas a la temperatura
Las ondas de terahertz son absorbidas y dispersadas por la materia, y las propiedades de absorción y dispersión dependen de la temperatura. Si el objeto que se va a medir no tiene una temperatura uniforme, pueden producirse cambios en la intensidad y la distribución de las señales de reflexión que se detectan. Para obtener resultados de medición precisos, debe tenerse en cuenta la temperatura del objeto que se va a medir y corregirla si es necesario.
Calidad del aire
La humedad, las partículas, el polvo y los contaminantes del aire pueden absorber o dispersar las ondas de terahertz, con la consiguiente pérdida y distorsión de la señal. Estos efectos pueden verse amplificados especialmente en entornos con una elevada contaminación atmosférica, como las zonas industriales. La tecnología Clean-Trace de Helmut Fischer garantiza unas condiciones de medición estables y reproducibles y evita que los resultados de las mediciones sean borrosos.
Grosor de la capa
El grosor total de la capa del objeto de medición también es decisivo para la medición. Si el material es demasiado grueso, las ondas de terahertz no pueden penetrarlo completamente. Como consecuencia, las señales reflejadas ya no pueden detectarse y la medición queda incompleta.
Al mismo tiempo, es difícil medir capas muy finas de unas pocas µm. Las señales de terahertz reflejadas de capas muy finas tienen intervalos de tiempo pequeños. Para distinguir estos "ecos" entre sí, el sistema de medición necesita una alta resolución temporal. Esto a su vez requiere un gran ancho de banda, tal y como exige el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon. Sin embargo, este ancho de banda no puede ser infinito.
Además, los ecos pueden superponerse al ruido de fondo, lo que puede afectar a la precisión de la medición. Por lo tanto, debe investigarse en cada caso individual dónde se sitúan los límites superior e inferior individuales en el análisis del espesor de capa.
¿Qué norma se aplica en este caso?
Recubrimientos no conductores - Medición no destructiva del espesor de recubrimientos - Método de medición terahertz en el dominio del tiempo según DIN 50996
Sistemas terahertz - Terminología según VDI/VDE 5590 Hoja 1
Sistemas terahertz - Espectrómetros en el dominio del tiempo (sistemas TDS) según VDI/VDE 5590 Hoja 2
