Méthode de mesure des térahertz
Mesure des systèmes monocouches et multicouches organiques et diélectriques.
La méthode de mesure térahertz permet de mesurer l'épaisseur du revêtement et d'analyser un large éventail de matériaux organiques et diélectriques. Jusqu'à sept couches peuvent être pénétrées par des ondes térahertz - sans contact, totalement non destructives et non ionisantes.
C'est ainsi que fonctionne la mesure des térahertz.
Il existe de nombreuses techniques qui utilisent des ondes électromagnétiques dans la gamme de fréquences térahertz. L'une d'entre elles est la spectroscopie térahertz dans le domaine temporel (TDS), une méthode reconnue d'analyse des matériaux qui utilise des ondes térahertz pulsées extrêmement courtes dans une large gamme de fréquences allant de 0,1 à 6 térahertz. Lorsque les ondes térahertz atteignent un matériau non conducteur ou faiblement conducteur, elles le pénètrent et sont partiellement réfléchies. Si les matériaux sont appliqués en tant que systèmes multicouches sur un matériau de base, comme les laques sur les carrosseries automobiles ou les feuilles sur les matériaux de support, les ondes térahertz sont partiellement réfléchies aux interfaces des différentes couches.
Ces impulsions "écho" réfléchies sont détectées avec des différences de temps spécifiques, ce qui permet de mesurer le temps de transit du signal réfléchi. Les distances entre les interfaces - c'est-à-dire l'épaisseur de chaque couche - peuvent ainsi être déterminées très précisément et sans contact. Ainsi, la spectroscopie térahertz dans le domaine temporel peut détecter l'épaisseur de chaque couche d'un système multicouche séparément en une seule mesure.
D'autres paramètres tels que l'homogénéité, la porosité, la conductivité et la mobilité des porteurs de charge libres (2DEG) peuvent également être déterminés. Les propriétés du substrat n'ont aucune influence sur la mesure. En outre, cette technique élimine le rayonnement incohérent causé, par exemple, par la température ambiante ou la lumière ambiante.
Ce schéma illustre le principe de base de la spectroscopie térahertz dans le domaine temporel.
- Des ondes térahertz pulsées ultra-courtes frappent le matériau étudié, le pénètrent et sont partiellement réfléchies aux interfaces des couches.
- Les différentes réflexions sont détectées à des moments différents, ce qui fournit des informations sur les distances et donc sur l'épaisseur des couches.
La technologie de mesure térahertz se caractérise par sa grande précision : Des épaisseurs de couche de > 10 μm peuvent être déterminées sur une surface de mesure de moins de 2 mm. Par rapport à la méthode de l'induction magnétique, qui ont une résolution similaire, la mesure térahertz offre une répétabilité 10 fois meilleure avec 1 ‰.
Comme les couches organiques ou diélectriques, telles que les laques ou les peintures, sont au moins partiellement transparentes aux ondes térahertz, celles-ci n'affectent pas les matériaux. La mesure est totalement non destructive. Contrairement à l'induction magnétique et à la mesure par ultrasons, la méthode térahertz fonctionne totalement sans contact, avec une distance de travail de plusieurs centimètres. Par conséquent, même les couches humides et molles peuvent être mesurées sans problème.
Les ondes térahertz se situent dans la gamme des infrarouges lointains, ce qui signifie qu'elles ont moins d'énergie que la lumière visible ou les rayons X. Elles sont donc non ionisantes et inoffensives. Elles sont donc non ionisantes et inoffensives. Les instruments térahertz peuvent être utilisés ouvertement et ne nécessitent pas de protection contre les radiations.
Où ce processus est-il utilisé ?
La technologie térahertz peut être utilisée pour de nombreuses applications dans des secteurs très variés, par exemple l'automobile, la fabrication de semi-conducteurs et les essais de plaquettes, la fabrication de batteries, l'extrusion/le laminage de plastiques multicouches, l'aérospatiale, les piles à combustible, l'énergie photovoltaïque, la chimie, les peintures et les laques, l'industrie pharmaceutique, le secteur médical et bien d'autres encore.
- Mesure de l'épaisseur du revêtement des systèmes monocouches et multicouches organiques et diélectriques (non conducteurs ou faiblement conducteurs) sur des substrats en plastique ou en métal.
- Mesure de l'épaisseur de revêtements secs et humides, durs et mous, lisses ou rugueux
- Mesure de la conductivité sans contact (cellules solaires, wafer 2DEG, graphène)
- Contrôle de la qualité et essais non destructifs (END), imagerie à travers le matériau, détection de défauts cachés et d'inclusions, mesures spectroscopiques
- Caractérisation et développement des matériaux
- Mesure des propriétés pertinentes pour les radars, telles que la transmission et la réflexion radar
Quels sont les facteurs qui peuvent influencer la mesure ?
Dans la technologie de mesure des térahertz, plusieurs facteurs peuvent affecter la précision et la fiabilité des résultats.
Application sur divers matériaux et surfaces
Différents matériaux ont des propriétés d'absorption et de réflexion différentes dans la gamme des fréquences térahertz. La composition, la densité, la conductivité, la rugosité de la surface et la transparence du matériau peuvent affecter la mesure des ondes térahertz. En outre, la forme de la surface peut avoir un impact sur la mesure. Il convient donc de tenir compte des propriétés spécifiques des matériaux.
Mouvement de l'objet à mesurer
Si l'objet à mesurer se trouve sur un support mobile tel qu'une chaîne de montage, la mesure peut être influencée par la vitesse de la chaîne de montage. Le mouvement de l'objet fait que les ondes térahertz pénètrent dans différentes zones de l'objet pendant la mesure. Cela peut entraîner un flou ou une distorsion des données de mesure. Notre système innovant de compensation intrinsèque des vibrations minimise cette influence.
Influences dues à la température
Les ondes térahertz sont absorbées et diffusées par la matière, et les propriétés d'absorption et de diffusion dépendent de la température. Si l'objet à mesurer n'a pas une température uniforme, cela peut entraîner des changements dans l'intensité et la distribution des signaux de réflexion détectés. Pour obtenir des résultats de mesure précis, la température de l'objet à mesurer doit être prise en compte et corrigée si nécessaire.
Qualité de l'air
L'humidité, les particules, la poussière et les contaminants présents dans l'air peuvent absorber ou disperser les ondes térahertz, ce qui entraîne une perte et une distorsion du signal. Ces effets peuvent être amplifiés, en particulier dans les environnements à forte pollution atmosphérique, tels que les zones industrielles. La technologie Clean-Trace de Helmut Fischer garantit des conditions de mesure stables et reproductibles et évite que les résultats des mesures ne soient brouillés.
Épaisseur de la couche
L'épaisseur totale de la couche de l'objet à mesurer est également déterminante pour la mesure. Si le matériau est trop épais, les ondes térahertz ne peuvent pas le pénétrer complètement. Par conséquent, les signaux réfléchis ne peuvent plus être détectés et la mesure est incomplète.
Par ailleurs, il est difficile de mesurer des couches très fines de quelques µm. Les signaux térahertz réfléchis par les couches très minces ont de petits intervalles de temps. Pour distinguer ces "échos" les uns des autres, le système de mesure a besoin d'une résolution temporelle élevée. Cela nécessite à son tour une grande largeur de bande, comme l'exige le théorème d'échantillonnage de Nyquist-Shannon. Cependant, cette largeur de bande ne peut pas être infinie.
En outre, les échos peuvent être recouverts par un bruit de fond, ce qui peut affecter la précision de la mesure. Par conséquent, il convient d'examiner dans chaque cas individuel où se situent les limites supérieures et inférieures dans l'analyse de l'épaisseur de la couche.
Quelle est la norme appliquée ici ?
Revêtements non conducteurs - Mesure non destructive de l'épaisseur du revêtement - Méthode de mesure dans le domaine temporel Terahertz selon DIN 50996
Systèmes Terahertz - Terminologie selon VDI/VDE 5590 Feuille 1
Systèmes Terahertz - Spectromètres dans le domaine temporel (systèmes TDS) selon VDI/VDE 5590 Feuille 2
