テラヘルツ測定法
有機および誘電体の単層および多層システムの測定。
テラヘルツ測定法は、幅広い有機材料や誘電体材料の膜厚測定や材料分析を可能にします。テラヘルツ波で最大7層まで浸透させることができ、非接触、完全非破壊、非イオン化です。
テラヘルツの測定原理。
テラヘルツ周波数範囲を利用する技術は多岐にわたります。その中でもテラヘルツ時間領域分光法(TDS)は、0.1~6テラヘルツの広範囲な周波数帯域で非常に短いパルス状のテラヘルツ波を使用する確立された材料分析技術です。テラヘルツ波が非導電性または弱い導電性を持つ材料に当たると、その波は材料内部に浸透し、部分的に反射されます。もしこれらの材料が、例えば車体の塗料や基材上のフィルムなどの多層構造であれば、テラヘルツ波は各層のインターフェースで反射を受けます。
反射された「エコー」パルスは、特定の時間差で検出されるため、反射信号の伝播時間を正確に測定できます。これにより、各層の厚さやインターフェース間の距離を接触なしで非常に高精度に計測できます。このため、テラヘルツ時間領域分光法では、1回の測定で多層システム内の各層の厚さを個別に把握することが可能です。
また、均質性や孔隙率、導電性、自由荷電キャリア(2DEG)の移動度といった他のパラメータも測定できます。さらに、基材の特性は測定結果に影響を与えません。この技術は、室温や周囲光などによって引き起こされる非コヒーレント放射線を除去するため、非常に高い精度を保つことができます。

この概略図は、テラヘルツ時間領域分光法の基本原理を示している。
- 超短パルスのテラヘルツ波が調査対象の物質に当たり、それを透過し、層の界面で部分的に反射します。
- 異なる反射は異なる時間に検出され、距離に関する情報、ひいては層厚に関する情報が得られます。
テラヘルツ測定技術の特徴は、その精度の高さにある:2mm以下の測定面で10μm以上の層厚を測定できる。同程度の分解能を持つ電磁式と比較して、テラヘルツ測定は1 ‰で10倍の再現性を提供します。
ラッカーや塗料などの有機層や誘電体層は、テラヘルツ波に対して少なくとも部分的に透明であるため、材料に影響を与えません。測定は完全に非破壊です。磁気誘導や超音波測定とは対照的に、テラヘルツ法は数センチの作業距離で完全に非接触で機能する。そのため、湿った柔らかい層でも問題なく測定できます。
テラヘルツ波は遠赤外線領域であり、可視光線やX線よりもエネルギーが小さい。そのため非電離無害です。テラヘルツ波測定器はオープンに操作でき、放射線防護の必要もありません。
このプロセスはどこで使用されますか?
テラヘルツ技術は、自動車、半導体製造とウェハーテスト、バッテリー製造、多層プラスチック押出/ラミネーション、航空宇宙、燃料電池、光電池、化学、塗料とラッカー、製薬、医療など、さまざまな産業で数多くのアプリケーションに使用できます。
- プラスチックまたは金属基板上の有機および誘電体(非導電性または低導電性)単層および多層システムの膜厚測定
- 乾式・湿式、硬質・軟質、平滑・粗面コーティングの膜厚測定
- 非接触導電率測定(太陽電池、ウェハー2DEG、グラフェンなど)
- 品質管理および非破壊検査(NDT)、材料を通したイメージング、隠れた欠陥や介在物の検出、分光測定
- 材料の特性評価と開発
- レーダー透過やレーダー反射などのレーダー関連特性の測定
測定に影響を与える要因は何ですか?
テラヘルツ測定技術では、いくつかの要因が結果の精度や信頼性に影響を与える可能性があります。
さまざまな材料や表面への適用
異なる材料は、テラヘルツ周波数範囲において異なる吸収特性と反射特性を持っています。材料の組成、密度、導電性、表面の粗さ、透過性などがテラヘルツ波による測定に影響を与える可能性があります。さらに、表面の形状も測定に影響を与えることがあります。したがって、特定の材料特性を考慮する必要があります。
測定対象物の動き
測定対象物が組み立てラインなどの移動体に載っている場合、測定は組み立てラインの速度に影響される可能性があります。対象物の移動により、テラヘルツ波は測定中に対象物の異なる領域に浸透します。これにより、測定データのぼやけや歪みが生じることがあります。私たちの革新的な固有振動補償技術は、この影響を最小限に抑えます。
気温による影響
テラヘルツ波は物質によって吸収・散乱され、その吸収・散乱特性は温度に依存する。測定対象物の温度が一定でない場合、検出される反射信号の強度や分布が変化することがある。正確な測定結果を得るためには、測定対象物の温度を考慮し、必要に応じて補正する必要があります。
空気の質
空気中の水分、粒子、ほこり、汚染物質は、テラヘルツ波を吸収または散乱させ、信号の損失や歪みの原因となる。特に工業地帯のような大気汚染の激しい環境では、これらの影響が増幅される可能性があります。ヘルムート・フィッシャーのClean-Traceテクノロジーは、安定した再現性のある測定条件を保証し、測定結果のブレを防ぎます。
層厚
測定対象物の全層厚も、測定にとって決定的である。材料が厚すぎると、テラヘルツ波が完全に透過できません。その結果、反射された信号は検出できなくなり、測定は不完全なものとなる。
同時に、数µmの非常に薄い層を測定することも難しい。非常に薄い層からの反射テラヘルツ信号は、時間間隔が小さい。これらの "エコー "を互いに区別するために、測定システムは高い時間分解能を必要とする。そのためには、ナイキスト・シャノンのサンプリング定理が要求するように、高い帯域幅が必要となる。しかし、この帯域幅を無限に広くすることはできない。
また、エコーに背景雑音が重なることがあり、測定精度に影響を与えることがある。そのため、層厚解析では、個々の上限と下限がどこにあるのかを個々のケースで調査する必要がある。
ここで適用される基準は何ですか?
非導電性コーティング - 膜厚の非破壊測定 - DIN 50996に準拠したテラヘルツ時間領域測定法
テラヘルツシステム - VDI/VDE 5590シート1に準拠した用語
テラヘルツシステム - VDI/VDE 5590シート2に準拠した時間領域分光計(TDSシステム)