RU2199111C2 - Procedure establishing roughness of surface - Google Patents
Procedure establishing roughness of surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2199111C2 RU2199111C2 RU2001112404A RU2001112404A RU2199111C2 RU 2199111 C2 RU2199111 C2 RU 2199111C2 RU 2001112404 A RU2001112404 A RU 2001112404A RU 2001112404 A RU2001112404 A RU 2001112404A RU 2199111 C2 RU2199111 C2 RU 2199111C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- roughness
- layer
- protons
- flux
- irradiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для контроля состояния и класса обработки поверхности изделий. The invention relates to the field of instrumentation and can be used in mechanical engineering to control the condition and class of surface treatment of products.
Известен способ измерения шероховатости поверхности электропроводящих изделий (авторское свидетельство СССР 1120159, кл. G 01 В 7/34, 23.10.1984), заключающийся в том, что между поверхностью изделия и установленным на фиксированном расстоянии от нее измерительным электродом прикладывают высоковольтное напряжение и измеряют ток разряда между ними, по величине которого определяют степень шероховатости, причем до приложения высоковольтного напряжения на поверхность изделия подают низковольтный потенциал и воздействуют аэрозолем, содержащим масло. Применение способа ограничено классом обработки поверхности не более 9 и 10 с высотой неровностей более 200 нм, и, кроме того, требует наличия эталонных поверхностей и снятия сравнительных калибровочных кривых. A known method of measuring the surface roughness of electrically conductive products (USSR author's certificate 1120159, class G 01 B 7/34, 10.23.1984), which consists in applying a high voltage voltage between the surface of the product and a measuring electrode installed at a fixed distance from it and measuring the current a discharge between them, the value of which determines the degree of roughness, and before applying a high-voltage voltage, a low-voltage potential is applied to the surface of the product and is exposed to an aerosol containing oil. The application of the method is limited to a surface treatment class of not more than 9 and 10 with a height of irregularities of more than 200 nm, and, in addition, requires the presence of reference surfaces and the removal of comparative calibration curves.
Известен также способ измерения шероховатости и неровности поверхности (авторское свидетельство СССР 1019232, кл. G 01 В 7/34, 23.05.1983), заключающийся в том, что на измеряемой и эталонной поверхностях формируют в идентичных условиях электрические конденсаторы путем последовательного нанесения нижнего электропроводящего, диэлектрического и верхнего электропроводящего слоев, повторяющих неровности и профиль этих поверхностей и имеющих одинаковые размеры, измеряют их емкости и по результату сравнения определяют степень шероховатости и неровности поверхности. Способу также свойственны недостатки, обусловленные необходимостью наличия эталонных поверхностей и ограничением измерений шероховатости для классов обработки изделий более высоких чем 10. There is also a method of measuring surface roughness and roughness (USSR author's certificate 1019232, class G 01 B 7/34, 05/23/1983), which consists in the fact that on the measured and reference surfaces electrical capacitors are formed under identical conditions by successive deposition of the lower conductive, dielectric and upper electrically conductive layers, repeating irregularities and the profile of these surfaces and having the same dimensions, measure their capacitance and the degree of roughness and roughness are determined by comparison ty surface. The method also has disadvantages due to the need for reference surfaces and the restriction of roughness measurements for processing classes of products higher than 10.
В способе измерения шероховатости (авторское свидетельство СССР 819587, кл. G 01 В 7/34, 08.04.1981) поверхность образца для измерения облучают потоком электронов под углами 88,5 и 45o, измеряют интенсивность излучения в оптическом диапазоне и измеряют величину шероховатости по отношению измеренных интенсивностей. Для реализации способа также необходима зависимость логарифма отношения интенсивностей от высоты неровностей профиля, то есть проведение предварительных калибровочных измерений с эталонными образцами.In the method for measuring roughness (USSR author's certificate 819587, class G 01 B 7/34, 04/08/1981), the surface of the sample for measurement is irradiated with an electron stream at angles of 88.5 and 45 ° , the radiation intensity is measured in the optical range, and the roughness value is measured by ratio of measured intensities. To implement the method, the dependence of the logarithm of the ratio of intensities on the height of the irregularities of the profile is also necessary, that is, preliminary calibration measurements with reference samples are carried out.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ определения шероховатости поверхности (авторское свидетельство СССР 1816963, кл. G 01 В 7/34, 23.05.1993), заключающийся в том, что контролируемую поверхность подвергают физическому воздействию - облучению потоком ускоренных ионов, измеряют контролируемый параметр - коэффициент ионно-электронной эмиссии и сравнивают его с эталонной величиной этого параметра - коэффициентом ионно-электронной эмиссии для гладкой поверхности, изготовленной из того же материала. Недостатком способа является необходимость изготовления эталонных образцов шероховатости поверхности из материала, идентичного материалу контролируемой поверхности, и проведения калибровочных измерений, что усложняет способ. Кроме того, сравнение результатов несколько снижает точность измерения. Closest to the claimed technical essence is a method for determining surface roughness (USSR author's certificate 1816963, class G 01 B 7/34, 05/23/1993), which consists in the fact that the controlled surface is subjected to physical impact - irradiation with a stream of accelerated ions, the controlled the parameter is the coefficient of ion-electron emission and compare it with the reference value of this parameter - the coefficient of ion-electron emission for a smooth surface made of the same material. The disadvantage of this method is the need to produce reference samples of surface roughness from a material identical to the material of the surface being monitored, and to carry out calibration measurements, which complicates the method. In addition, comparing the results slightly reduces the accuracy of the measurement.
Технический результат от совокупности влияния признаков, предлагаемых в изобретении, заключается в упрощении способа, повышении точности и диапазона измерений. The technical result from the totality of the influence of the features proposed in the invention is to simplify the method, increase the accuracy and range of measurements.
Указанный технический результат обеспечивается в способе определения шероховатости поверхности, заключающемся в физическом воздействии на поверхность облучением, измерении контролируемого параметра и определении на его основании степени шероховатости, в котором предварительно на поверхность наносят слой материала таким образом, чтобы не происходило образования диффузионного слоя с материалом поверхности, облучение осуществляют потоком протонов или дейтронов, в качестве контролируемого параметра регистрируют поток обратно рассеянных протонов или дейтронов, на основании которого определяют толщину слоя переменного состава из материала нанесенного слоя и материала поверхности, соответствующую степени шероховатости. Облучение осуществляют протонами с энергией, необходимой для резонансной ядерной реакции материала нанесенного слоя, а в качестве контролируемого параметра регистрируют поток вторичных γ-квантов. Нанесение на поверхность слоя материала осуществляют магнетронным напылением. The specified technical result is provided in a method for determining the surface roughness, which consists in physically affecting the surface by irradiation, measuring a controlled parameter and determining on its basis the degree of roughness in which a layer of material is previously applied to the surface so that a diffusion layer does not form with the surface material, irradiation is carried out by a flow of protons or deuterons, the backscatter flux is recorded as a controlled parameter protons or deuterons, on the basis of which the thickness of the layer of variable composition is determined from the material of the deposited layer and the surface material corresponding to the degree of roughness. Irradiation is carried out by protons with the energy necessary for the resonant nuclear reaction of the material of the deposited layer, and the flux of secondary γ-quanta is recorded as a controlled parameter. Drawing on the surface of the layer of material is carried out by magnetron sputtering.
Предварительное нанесение слоя материала на контролируемую поверхность позволяет заполнить неровности поверхности и создать слой переменного состава из нанесенного материала и материала поверхности, что дает возможность прямого измерения высоты неровностей, упрощает способ и повышает точность измерения. Preliminary application of a layer of material on a controlled surface allows you to fill the surface bumps and create a layer of variable composition from the applied material and surface material, which makes it possible to directly measure the height of the bumps, simplifies the method and improves the measurement accuracy.
Использование потока протонов или дейтронов для облучения поверхности позволяет организовать проникновение частиц до материала основы поверхности и делает возможным прямое измерение шероховатости, размеры которой могут меняться от десятков нанометров до нескольких микрон, что расширяет диапазон измерений и делает способ применимым для всех классов обработки изделий. Регистрация обратно рассеянных протонов или дейтронов обеспечивает собственно измерение толщины слоя переменного состава - высоту профиля шероховатости. Возможность прямого измерения шероховатости поверхности позволяет упростить способ, так как не требует наличия эталонных поверхностей и снятия калибровочных кривых. Using a flux of protons or deuterons to irradiate the surface makes it possible to organize the penetration of particles to the surface base material and makes it possible to directly measure roughness, the dimensions of which can vary from tens of nanometers to several microns, which extends the measurement range and makes the method applicable for all classes of processing products. Registration of backscattered protons or deuterons provides the actual measurement of the thickness of a layer of variable composition - the height of the roughness profile. The ability to directly measure the surface roughness allows you to simplify the method, since it does not require the presence of reference surfaces and the removal of calibration curves.
Использование протонов с энергией, необходимой для резонансной ядерной реакции материала нанесенного слоя, с последующей регистрацией потока вторичных γ-квантов позволяет повысить точность измерения профиля и измерить шероховатость с высотой неровностей до 10-20 нм, что соответствует 14 классу обработки поверхности. The use of protons with the energy necessary for the resonant nuclear reaction of the material of the deposited layer, followed by the registration of the flux of secondary γ-quanta, makes it possible to increase the accuracy of measuring the profile and measure roughness with a height of irregularities up to 10-20 nm, which corresponds to the 14th class of surface treatment.
Нанесение на поверхность слоя материала магнетронным напылением предотвращает вследствие сверхбыстрой закалки частиц материала на поверхности образование диффузионного слоя, что повышает точность измерения, особенно при измерении шероховатости поверхности высокого класса обработки. The application of magnetron sputtering to the surface of the material layer prevents the formation of a diffusion layer due to the ultrafast hardening of the material particles on the surface, which increases the measurement accuracy, especially when measuring the surface roughness of a high-class processing.
Способ реализован для определения шероховатости поверхности изделий на тандемном ускорителе УКП-2-1 Института ядерной физики. Примеры использования и результаты определений изложены ниже. The method is implemented to determine the surface roughness of products on a tandem accelerator UKP-2-1 of the Institute of Nuclear Physics. Use cases and definition results are outlined below.
Пример 1. При определении шероховатости медной фольги толщиной 5 мкм, полученной напылением на подложку и отделенной от нее, на поверхность фольги предварительно нанесен слой свинца толщиной 800 нм. При определении использовано облучение потоком протонов с энергией пучка 1•106эВ, токе пучка на поверхности 1•10-9 А и заряде 5•10-4 Кл. Направление пучка составило 90o по отношению к плоскости поверхности. Поверхностно-барьерный детектор, размещенный под углом 45o, регистрировал поток обратно рассеянных протонов. При определении толщины слоя переменного состава медь-свинец использован метод Резерфордовского обратного рассеяния (RBS), при обработке результата определения - программа RUMP. При измерении толщина слоя переменного состава, что соответствует степени шероховатости с высотой неровностей профиля Rz, равна 600 нм при погрешности определения 10%.Example 1. When determining the roughness of a copper foil with a thickness of 5 μm, obtained by spraying on a substrate and separated from it, a layer of lead with a thickness of 800 nm is preliminarily applied to the surface of the foil. In the determination we used irradiation with a proton flux with a beam energy of 1 • 10 6 eV, a beam current on the surface of 1 • 10 -9 A and a charge of 5 • 10 -4 C. The direction of the beam was 90 o relative to the plane of the surface. A surface-barrier detector placed at an angle of 45 o recorded the flow of backscattered protons. When determining the thickness of the layer of variable composition of copper-lead, the Rutherford backscattering (RBS) method was used, and the RUMP program was used to process the determination result. When measuring, the thickness of the layer of variable composition, which corresponds to the degree of roughness with the height of the roughness of the profile Rz, is 600 nm with an error of determination of 10%.
Пример 2. При определении шероховатости массивного образца железа с полированной поверхностью предварительно магнетронным напылением нанесен слой бериллия толщиной 400 нм. Использовано облучение потоком дейтронов с энергией пучка 8•105 эВ, токе пучка на поверхности 1•10-9 А и заряде 5•10-4 Кл. Направление пучка составило 90o по отношению к плоскости поверхности, поверхностно-барьерный детектор, регистрирующий поток обратно рассеянных дейтронов, размещен под углом 45o. При определении толщины слоя переменного состава железо-бериллий использован метод RBS, при обработке результата определения - программа RUMP. При измерении толщина слоя переменного состава, что соответствует высоте неровностей профиля Rz, определена равной 200 нм, при погрешности определения 10%.Example 2. When determining the roughness of a massive iron sample with a polished surface, a layer of beryllium 400 nm thick was applied preliminarily by magnetron sputtering. Irradiation with a deuteron flux with a beam energy of 8 • 10 5 eV, a beam current on the surface of 1 • 10 -9 A and a charge of 5 • 10 -4 C were used. The beam direction was 90 o with respect to the plane of the surface, a surface-barrier detector detecting the backscattered deuteron flux was placed at an angle of 45 o . When determining the thickness of a layer of variable composition of iron-beryllium, the RBS method was used; when processing the result of determination, the RUMP program was used. When measuring, the thickness of the layer of variable composition, which corresponds to the height of the roughness of the Rz profile, is determined to be 200 nm, with an error of determination of 10%.
Пример 3. При определении шероховатости зеркального образца магнетронным распылением нанесен слой алюминия толщиной 100 нм. Использовано облучение потоком протонов с фиксированной энергией пучка, равной 9,92•105 эВ и токе пучка на поверхности 1•10-3 А. Направление пучка составило 90o по отношению к плоскости поверхности, детектор -(NаJ)-сцинтиллятор размещен за образцом по оси пучка протонов. При определении толщины слоя переменного состава использован метод резонансных ядерных реакций, в частности ядерная реакция 27А1(р, γ)28Si. В результате толщина слоя переменного состава определена равной 30 нм, что соответствует шероховатости с высотой неровностей 14 класса обработки поверхности. Погрешность измерения 10%.Example 3. When determining the roughness of a mirror sample by magnetron sputtering, a layer of aluminum with a thickness of 100 nm was applied. We used irradiation with a proton flux with a fixed beam energy equal to 9.92 • 10 5 eV and a beam current on the surface of 1 • 10 -3 A. The beam direction was 90 o with respect to the surface plane, the detector - (NaJ) scintillator is located behind the sample along the axis of the proton beam. When determining the thickness of a layer of variable composition, the method of resonant nuclear reactions was used, in particular, the nuclear reaction 27 A1 (p, γ) 28 Si. As a result, the thickness of the layer of variable composition was determined equal to 30 nm, which corresponds to a roughness with a height of roughness of class 14 surface treatment. Measurement error 10%.
Таким образом, примеры использования способа определения шероховатости поверхности и результаты, изложенные в них, свидетельствуют об упрощении способа, возможности прямого измерения параметров шероховатости, достаточно высокой точности и широком диапазоне измерения. Thus, examples of the use of the method for determining surface roughness and the results set forth in them indicate a simplification of the method, the possibility of direct measurement of roughness parameters, sufficiently high accuracy and a wide measurement range.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KZ2000/1143.1 | 2000-10-23 | ||
| KZ20001143 | 2000-10-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2199111C2 true RU2199111C2 (en) | 2003-02-20 |
Family
ID=19720715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001112404A RU2199111C2 (en) | 2000-10-23 | 2001-05-04 | Procedure establishing roughness of surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2199111C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2612755C1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-03-13 | Владимир Викторович Белкин | Method for controlling mine shafts surface roughness in salt rocks |
-
2001
- 2001-05-04 RU RU2001112404A patent/RU2199111C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2612755C1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-03-13 | Владимир Викторович Белкин | Method for controlling mine shafts surface roughness in salt rocks |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jablonski | Elastic backscattering of electrons from surfaces | |
| Tendys et al. | Plasma immersion ion implantation using plasmas generated by radio frequency techniques | |
| KR0157373B1 (en) | Corona discharge gun | |
| Liehr et al. | Characterization of insulators by high-resolution electron-energy-loss spectroscopy: Application of a surface-potential stabilization technique | |
| Jbara et al. | Surface potential measurements of electron-irradiated insulators using backscattered and secondary electron spectra from an electrostatic toroidal spectrometer adapted for scanning electron microscope applications | |
| Sessler et al. | Electron beam method for detecting charge distributions in thin P olyethyleneterephthal ate films | |
| RU2199111C2 (en) | Procedure establishing roughness of surface | |
| Themner | Elemental losses from organic material caused by proton irradiation | |
| Rau et al. | Comparison of experimental and Monte Carlo simulated BSE spectra of multilayered structures andin-depth'measurements in a SEM | |
| JP6020825B2 (en) | Depth direction analysis method for organic samples | |
| Van Der Gon et al. | Thermionic cathodes studied by low-energy ion scattering spectroscopy | |
| RU2522667C2 (en) | Method of determining elemental composition and thickness of surface film of solid body with external action on surface | |
| JP3916100B2 (en) | Method for measuring film thickness of minute parts | |
| Gibson et al. | A simple method for determining shallow charge distributions in dielectrics via pulsed electroacoustic measurements | |
| Brown | New approaches to quantitative x-ray microanalysis of thin films and surfaces | |
| JP2996210B2 (en) | Sample absorption current spectroscopy | |
| JP6331960B2 (en) | Thin film sample pretreatment method and analysis method | |
| Jiang et al. | A Novel Approach for the Determination of the Actual Incidence Angle in a Magnetic‐sector SIMS Instrument | |
| Wang et al. | Determining E1 and E2 values for yttrium aluminum garnet ceramics using the Duane‐Hunt limit | |
| US7205539B1 (en) | Sample charging control in charged-particle systems | |
| RU2807638C1 (en) | Method for contrasting silicon nitride layer on silicon dioxide in scanning electron microscopy | |
| JPS6258652A (en) | Method for testing semiconductor device | |
| Rau et al. | A novel method for measuring the charging kinetics of dielectrics under electron irradiation in SEM | |
| JPH03251760A (en) | Beam analysis method and ion beam processing method | |
| Marpe | The influence of internal and external electric fields on the transport of energetic electrons induced by electron irradiation in metal-insulator-metal nanostructures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120505 |