專利名稱：用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題總體涉及結(jié)構(gòu)測(cè)量，且更具體地涉及用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
至少一些公知的測(cè)量系統(tǒng)利用電極來確定結(jié)構(gòu)的兩個(gè)表面之間的阻抗。電極通過諸如銀膏之類的導(dǎo)電性接觸介質(zhì)與該結(jié)構(gòu)電氣聯(lián)接。使用像銀膏這樣的介質(zhì)尤其可能在能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的阻抗測(cè)量之前引起相當(dāng)大的延遲。此外，在完成測(cè)量并移除電極之后，必須從該結(jié)構(gòu)清除殘余銀膏。因此，此類測(cè)量系統(tǒng)與顯著的時(shí)間和勞動(dòng)力成本相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括樣品接合部件。該樣品接合部件包括第一電極，該第一電極具有構(gòu)造成定位為與多層結(jié)構(gòu)的第一表面相接觸的第一樣品接觸表面。該系統(tǒng)還包括第二電極，該第二電極具有構(gòu)造成定位為與多層結(jié)構(gòu)的第二表面相接觸的第二樣品接觸表面。第二表面與第一表面相對(duì)。該系統(tǒng)還包括壓力控制裝置，該壓力控制裝置構(gòu)造成大致以預(yù)定的采樣壓力將第一電極壓靠在多層結(jié)構(gòu)上。采樣壓力是樣品的電阻抗在該壓力下跟蹤與該樣品相關(guān)的基準(zhǔn)阻抗的壓力。該系統(tǒng)還包括與第一電極和第二電極電聯(lián)接的測(cè)量裝置。測(cè)量裝置構(gòu)造成測(cè)量第一電極與第二電極之間的電阻抗。另一方面，提供了一種用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的裝置。該裝置包括樣品接合部件和聯(lián)接到該樣品接合部件上的施力裝置。該樣品接合部件包括具有樣品接觸表面和與該樣品接觸表面相對(duì)的施力表面的電極。樣品接觸表面構(gòu)造成定位為與多層結(jié)構(gòu)的表面相接觸。樣品接合部件還包括構(gòu)造成調(diào)節(jié)多層結(jié)構(gòu)的溫度的溫度調(diào)節(jié)元件。施力裝置構(gòu)造成對(duì)電極的施力表面施力。又一方面，提供了一種用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的方法。該方法包括將第一電極定位成與多層結(jié)構(gòu)的第一表面相接觸。第二電極定位成與多層結(jié)構(gòu)的第二表面相接觸。第二表面與第一表面大致相對(duì)。在預(yù)定的采樣壓力下將第一電極壓靠在多層結(jié)構(gòu)上，并且將多層結(jié)構(gòu)的溫度調(diào)節(jié)到預(yù)定的采樣溫度。測(cè)量第一電極與第二電極之間的電阻抗。


通過參照以下結(jié)合附圖的描述，可更好地理解本文所述的實(shí)施例。圖I是用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的示例性系統(tǒng)的圖。圖2是圖I中所示的樣品和樣品接合部件的放大視圖。圖3是用于確定感興趣的層的厚度的示例性方法的流程圖。圖4是用于確定圓筒形結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的示例性裝置的圖。
零部件列表100示例性系統(tǒng)102樣品104第一表面106第二表面108第一樣品接合部件110第二樣品接合部件112表面層114襯底116粘合涂層118熱生長氧化物(TGO)層122第一電極124第二電極126第一樣品接觸表面128第二樣品接觸表面130施力表面132溫度調(diào)節(jié)元件134導(dǎo)熱層136溫度調(diào)節(jié)元件138導(dǎo)熱層140施力裝置142測(cè)力傳感器144壓力控制裝置146通信電纜148通信電纜150溫度控制裝置152溫度調(diào)節(jié)線160測(cè)量裝置162第一導(dǎo)體164第二導(dǎo)體300方法305確定采樣壓力和/或溫度310確定層厚與電氣特性(例如，阻抗)之間的關(guān)系315將第一電極定位成與第一表面相接觸320將第二電極定位成與第二表面相接觸322絕緣表面325在米樣壓力下將第一電極壓靠在樣品上330將結(jié)構(gòu)溫度加熱/冷卻到采樣溫度 335測(cè)量電氣特性
340確定層厚400 裝置405圓筒形結(jié)構(gòu)410樣品接合部件415 第一電極
420內(nèi)表面425 第二電極430外表面435施力裝置440測(cè)力傳感器445 軸450結(jié)構(gòu)接合部件455溫度調(diào)節(jié)元件460絕緣層465多個(gè)樣品
具體實(shí)施例方式本文所述的實(shí)施例有利于在不使用諸如銀膏之類的附著性導(dǎo)電介質(zhì)的情況下確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度。在示例性實(shí)施例中，第一電極定位成直接與多層結(jié)構(gòu)的表面相接觸并且在預(yù)定的采樣壓力下被壓靠在該表面上。此外，可將該結(jié)構(gòu)的溫度調(diào)節(jié)到預(yù)定的采樣溫度。第二電極定位成與該結(jié)構(gòu)的另一表面相接觸，并且測(cè)量兩個(gè)電極之間諸如阻抗之類的電氣特性。感興趣的層可以是多層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層。例如，針對(duì)高溫操作設(shè)計(jì)的構(gòu)件可包括具有覆以熱屏障涂層(TBC)的表面的金屬結(jié)構(gòu)，該熱屏障涂層保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)免于熱致?lián)p壞。TBC可通過粘合涂層聯(lián)接到金屬襯底上。當(dāng)該結(jié)構(gòu)經(jīng)歷高溫時(shí)，粘合涂層可氧化，從而削弱粘合涂層將TBC聯(lián)接到金屬襯底上的能力。粘合涂層的氧化部分可稱為熱生長氧化物(TGO)。TGO厚度的精確確定可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的及時(shí)修復(fù)和/或更換。本文所述的方法、系統(tǒng)和裝置的示例性技術(shù)效果包括以下的至少其中一項(xiàng)(a)以預(yù)定的采樣壓力將第一電極壓靠在多層結(jié)構(gòu)上；(b)將多層結(jié)構(gòu)的溫度調(diào)節(jié)到預(yù)定的采樣溫度；(C)測(cè)量第一電極與第二電極之間的電氣特性；以及(d)至少部分地基于測(cè)出的電氣特性來確定感興趣的層的厚度。圖I是用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的示例性系統(tǒng)100的框圖。可基于一個(gè)或更多樣品102來確定感興趣的層的厚度，樣品102包括多層結(jié)構(gòu)的至少一部分。例如，多層結(jié)構(gòu)可以是梁，并且樣品102可代表該梁的長度的一部分。樣品102包括第一表面104和與第一表面104大致相對(duì)的第二表面106。系統(tǒng)100包括第一樣品接合部件108和第二樣品接合部件110。圖2是樣品102、第一樣品接合部件108和第二樣品接合部件110的放大視圖。在示例性實(shí)施例中，樣品102的第一表面104由表面層112限定，該表面層通過粘合涂層116聯(lián)接到結(jié)構(gòu)層或襯底114上。例如，表面層112可包括熱屏障涂層(TBC)，諸如陶瓷材料，用于保護(hù)結(jié)構(gòu)層114免于熱致?lián)p壞。在操作中，粘合涂層116可在該結(jié)構(gòu)受熱時(shí)轉(zhuǎn)化為熱生長氧化物(TGO)層118。因此，TGO涂層118的厚度可隨時(shí)間推移而變化。粘合涂層116和TGO層118可呈現(xiàn)不同的阻抗水平或一些其它電氣特性，從而能確定TGO層118和/或粘合涂層116的厚度，如下文參考圖3所述。當(dāng)TGO層118的厚度超過預(yù)定閾值時(shí)，或者備選地，當(dāng)粘合涂層116的厚度降到低于預(yù)定閾值時(shí)，可修復(fù)和/或更換樣品102所代表的結(jié)構(gòu)。雖然上文將樣品102描述為具有特定組分，但系統(tǒng)100使得人們能夠確定具有呈現(xiàn)電氣特性的變化的任何數(shù)量的層的結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度。在示例性實(shí)施例中，第一樣品接合部件108包括第一電極122，并且第二樣品接合部件110包括第二電極124。第一電極122包括構(gòu)造成定位為與樣品102的第一表面104相接觸的第一樣品接觸表面126。第二電極124包括構(gòu)造成定位為與樣品102的第二表面 106相接觸的第二樣品接觸表面128。在一些實(shí)施例中，第一樣品接觸表面126具有與樣品102的第一表面104的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。此外，第二樣品接觸表面128可具有與樣品102的第二表面106的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。如圖2中所不,第一表面104和第二表面106是平坦的。因此,第一樣品接觸表面126和第二樣品接觸表面128也是平坦的。第一樣品接觸表面126和/或第二樣品接觸表面128的形狀可以是平坦的、弓形(例如，如下文參考圖4所述)、曲線形、角形、凹形、凸形和/或與第一表面104和/或第二表面106相對(duì)應(yīng)(例如,互補(bǔ))的任何其它形狀。使樣品接觸表面126、128成形為與樣品表面104、106相對(duì)應(yīng)有利于增加電極122、124與樣品102之間的接觸面積和/或?qū)щ娐?。第一電極122還包括與樣品接觸表面126相對(duì)的施力表面130。在一個(gè)實(shí)施例中，通過經(jīng)第一樣品接合部件108對(duì)施力表面130施力來將第一電極122壓靠在樣品102上，如下文參考圖I和2所述。一些實(shí)施例有利于調(diào)節(jié)樣品102的至少一部分的溫度。在此類實(shí)施例中，第一樣品接合部件108包括一個(gè)或更多溫度調(diào)節(jié)元件132并且可包括溫度調(diào)節(jié)元件132與第一電極122之間的導(dǎo)熱層134。導(dǎo)熱層134可以是不導(dǎo)電的，從而使第一電極122能與第一樣品接合部件108電絕緣。溫度調(diào)節(jié)元件132構(gòu)造成分別通過對(duì)第一表面104施加熱能和/或從第一表面104提取熱能來升高和/或降低樣品102的溫度。溫度調(diào)節(jié)元件132可包括例如熱導(dǎo)體、電加熱元件、構(gòu)造成容納和/或輸送流體的通道和/或適合加熱和/或冷卻樣品102的任何結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，第二樣品接合部件110還包括構(gòu)造成通過對(duì)第二表面106施加熱能和/或從第二表面106提取熱能來調(diào)節(jié)樣品102的溫度的溫度調(diào)節(jié)元件136。第二樣品接合部件110還可包括定位在溫度調(diào)節(jié)元件136與第二電極124之間的導(dǎo)熱層138。另夕卜，或者備選地，絕緣層定位在第二電極124上，如下文參考圖4所述。參照?qǐng)DI和2，系統(tǒng)100包括聯(lián)接到第一樣品接合部件108和/或第二樣品接合部件110上的施力裝置140。施力裝置140構(gòu)造成經(jīng)第一樣品接合部件108對(duì)第一電極122的施力表面130施力。在一個(gè)實(shí)施例中，施力裝置140包括機(jī)動(dòng)的螺紋機(jī)構(gòu)、液壓活塞和/或適合于將第一電極122壓靠在樣品102上的任何其它裝置。一個(gè)或更多測(cè)力傳感器142構(gòu)造成測(cè)量通過施力裝置140施加到樣品102的力。例如，在圖I所示的實(shí)施例中，施力裝置140構(gòu)造成將第一樣品接合部件108推向第二樣品接合部件110。因此，測(cè)力傳感器142可定位在第一樣品接合部件108與第二樣品接合部件110之間。壓力控制裝置144與施力裝置140以及測(cè)力傳感器142通信聯(lián)接。例如，壓力控制裝置144通過通信電纜146聯(lián)接到施力裝置140上并且通過通信電纜148聯(lián)接到測(cè)力傳感器142上。備選地，壓力控制裝置144可通過無線通信信道(未示出)聯(lián)接到施力裝置140和/或測(cè)力傳感器142上。壓力控制裝置144構(gòu)造成以預(yù)定的采樣壓力將第一電極122壓靠在樣品102上。在示例性實(shí)施例中，壓力控制裝置144至少部分地基于來自測(cè)力傳感器142的測(cè)出的力和第一電極122與樣品102之間的接觸面積來確定所施加的壓力。例如,可基于第一樣品接觸表面126的面積和第一表面104的面積來確定接觸面積。如果第一樣品接觸表面126具有與第一表面104的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀，則可將接觸面積定義為第一樣品接觸表面126的面積和第一表面104的面積中較小的一者。在示例性實(shí)施例中，壓力控制裝置144控制施力裝置140所施加的力，調(diào)節(jié)該力直到所施加的壓力大致等于預(yù)定的采樣壓力(例如，在
0.5%、1% 或 5% 以內(nèi))。溫度控制裝置150通過溫度調(diào)節(jié)線152聯(lián)接到溫度調(diào)節(jié)元件132、136上。溫度控制裝置150構(gòu)造成經(jīng)溫度調(diào)節(jié)線152和溫度調(diào)節(jié)元件132、136將樣品102的至少一部分的溫度調(diào)節(jié)到預(yù)定的采樣溫度。在一些實(shí)施例中，溫度調(diào)節(jié)元件132、136是電加熱元件和/或冷卻器。在此類實(shí)施例中，溫度調(diào)節(jié)線152可為溫度控制裝置150借以控制溫度調(diào)節(jié)元件132、136的操作的通信電纜。另外，或者備選地，溫度調(diào)節(jié)線152可以是電流在其上傳輸?shù)膶?dǎo)體。在其它實(shí)施例中，溫度調(diào)節(jié)元件132、136是用于容納和/或輸送流體的通道。在此類實(shí)施例中，溫度調(diào)節(jié)線152可以是流體容器(例如管道和/或管)，并且溫度控制裝置150可包括流體加熱器和/或流體冷卻器以及可選的用于使流體循環(huán)通過流體容器的泵。測(cè)量裝置160與第一電極122和第二電極124電氣聯(lián)接。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量裝置160通過第一導(dǎo)體162聯(lián)接到第一電極122上并且通過第二導(dǎo)體164聯(lián)接到第二電極124上。測(cè)量裝置160構(gòu)造成測(cè)量第一電極122與第二電極124之間的電氣特性(例如阻抗、電阻、電感和/或電容)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量裝置160包括電源(例如穩(wěn)壓器)和用于執(zhí)行電化學(xué)阻抗頻譜法(EIS)的頻率響應(yīng)分析儀(FRA)。另外，測(cè)量裝置160進(jìn)一步構(gòu)造成至少部分地基于測(cè)出的電阻抗來確定感興趣的層的厚度，如下文參考圖3所述。圖3是用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的示例性方法300的流程圖。方法300的各部分可使用機(jī)器和/或諸如壓力控制裝置144、溫度控制裝置150和測(cè)量裝置160 (都在圖I中示出)之類的計(jì)算裝置來執(zhí)行。此外，壓力控制裝置144、溫度控制裝置150和測(cè)量裝置160的功能可結(jié)合到任何數(shù)量的計(jì)算裝置中。例如，測(cè)量裝置160可執(zhí)行參考?jí)毫刂蒲b置144和溫度控制裝置150描述的所有操作。在示例性實(shí)施例中，確定305采樣壓力和/或采樣溫度。采樣壓力是電極在該壓力下被擠靠在多層結(jié)構(gòu)的樣品的表面上的壓力。采樣溫度是要將多層結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)到該溫度的溫度。 在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)性地確定305采樣壓力。例如，選擇該結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)的樣品，并且使用諸如銀膏之類的粘性導(dǎo)電液來使電極與樣品的兩個(gè)表面電氣聯(lián)接。測(cè)量兩個(gè)電極之間的阻抗并且將該阻抗視為基準(zhǔn)阻抗。將電極定位成靠在無粘性導(dǎo)電液的相同樣品的表面上，并且當(dāng)至少一個(gè)電極在不同的壓力水平下被壓靠在樣品的表面上時(shí)測(cè)量阻抗。將產(chǎn)生“跟蹤”或者大致等于(例如，在0.5%、1%或5%以內(nèi))基準(zhǔn)阻抗的阻抗測(cè)量的最低采樣壓力確定305為采樣壓力。在一些實(shí)施例中，使用其中已知感興趣的層的厚度的類似結(jié)構(gòu)重復(fù)以上過程，并且將產(chǎn)生跟蹤跨這些類似結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)阻抗的阻抗測(cè)量的最低采樣壓力確定305為采樣壓力。雖然上文具體描述了阻抗，但可將采樣壓力確定305為任何電氣特性在該壓力下跟蹤相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電氣特性的壓力。 將采樣溫度確定305為在該溫度下多層結(jié)構(gòu)的表面之間感興趣的電氣特性(例如，阻抗)基于感興趣的層的厚度而變化的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)驗(yàn)性地確定305結(jié)構(gòu)的采樣溫度。例如，選擇其中已知感興趣的層的厚度的類似結(jié)構(gòu)。在不同的溫度下測(cè)量跨這些類似結(jié)構(gòu)的阻抗，并且將阻抗在該溫度下與感興趣的層的厚度最緊密相關(guān)的溫度確定305為采樣溫度。參照?qǐng)D2，在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)層114和粘合涂層116是金屬性的并且跨寬溫度范圍呈現(xiàn)相對(duì)可忽略不計(jì)的阻抗。表面層112是在大約400攝氏度(400°C )和以上的溫度下呈現(xiàn)相對(duì)可忽略不計(jì)的阻抗的離子導(dǎo)體(例如，陶瓷材料)。相反，TGO層118跨寬溫度范圍呈現(xiàn)相對(duì)高的阻抗。因此，在400°C以上的溫度下，主要通過TGO層118的厚度來確定第一表面104與第二表面106之間的阻抗，并且將400°C確定305為采樣溫度。再參照?qǐng)DI和3，在一些實(shí)施例中，在受控的設(shè)施中(例如，在實(shí)驗(yàn)室中)對(duì)多層結(jié)構(gòu)確定305采樣壓力和/或采樣溫度，然后將采樣壓力和/或采樣溫度應(yīng)用于該多層結(jié)構(gòu)的多個(gè)復(fù)制品。作為一個(gè)實(shí)例，對(duì)于特定構(gòu)件的采樣壓力和采樣溫度與對(duì)應(yīng)于該構(gòu)件的零件號(hào)相關(guān)且隨后用于確定與同一零件號(hào)相關(guān)的任何構(gòu)件中感興趣的層的厚度。在一些實(shí)施例中，利用用于確定305采樣壓力和/或采樣溫度的相同數(shù)據(jù)來確定310感興趣的層的厚度與電氣特性(例如，阻抗、電感和/或電容)之間的關(guān)系。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，將測(cè)出的阻抗的值和與采樣溫度相對(duì)應(yīng)的層厚標(biāo)示于曲線圖中，并且計(jì)算限定最佳擬合線的函數(shù)以表達(dá)層厚與阻抗之間的關(guān)系。因此，在示例性實(shí)施例中，基于類似于或代表所評(píng)估的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)來確定310層厚與對(duì)應(yīng)于通過方法300評(píng)估的結(jié)構(gòu)的電氣特性之間的關(guān)系。參照?qǐng)DI和3,將第一電極122定位315成與多層結(jié)構(gòu)的樣品102的第一表面104相接觸。將第二電極124定位320成與樣品102的第二表面106相接觸。在示例性實(shí)施例中，樣品102定位在包括第一電極122的第一樣品接合部件108與包括第二電極124的第~■樣品接合部件110之間。壓力控制裝置144經(jīng)施力裝置140以采樣壓力將第一電極122壓靠325在樣品102上(例如，壓靠在第一表面104上)。在示例性實(shí)施例中，壓力控制裝置144利用測(cè)力傳感器142監(jiān)視由施力裝置140所施加的力的量。將所施加的力除以第一電極122與第一表面104之間的接觸面積，以計(jì)算所施加的壓力。壓力控制裝置144調(diào)節(jié)施力裝置140所施加的力，使得所施加的壓力大致等于(例如，在0.5%、1%或5%以內(nèi))采樣壓力。溫度控制裝置150將樣品102的至少一部分的溫度大致調(diào)節(jié)330 (例如，加熱或冷卻)到(例如，在0. 5%、1%或3%以內(nèi))采樣溫度。在示例性實(shí)施例中，溫度控制裝置150操作溫度調(diào)節(jié)元件132，以調(diào)節(jié)樣品102在第一表面104處的溫度。通過直接接觸來調(diào)節(jié)330樣品102的溫度有利于相對(duì)于其它溫度調(diào)節(jié)方法例如對(duì)流以增加的精度并在較少的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)采樣溫度。在一些實(shí)施例中，溫度控制裝置150還操作溫度調(diào)節(jié)元件136，以調(diào)節(jié)樣品102在第二表面106處的溫度。另外，或者備選地，使第二表面106絕緣322。測(cè)量裝置160測(cè)量335第一電極122與第二電極124之間的電氣特性。在一些實(shí)施例中，測(cè)量裝置160例如通過采用電化學(xué)阻抗頻譜法(EIS)來測(cè)量335電阻抗。在示例 性實(shí)施例中，測(cè)量裝置160在預(yù)定的頻率范圍(例如，100赫茲到I兆赫)上在穿過第一導(dǎo)體162的第一電極122與穿過第二導(dǎo)體164的第二電極124之間施加交流電或電壓輸入信號(hào)。該信號(hào)由電源產(chǎn)生，該電源可包括但不限于穩(wěn)壓器。其它測(cè)出的電氣特性可包括電感、電容和/或適合與本文所述的方法一起使用的任何其它特性。至少部分地基于測(cè)出的電氣特性來確定340感興趣的層(例如，圖2中示出的粘合涂層116或TGO層118)的厚度。在示例性實(shí)施例中，基于測(cè)出的電氣阻抗和前面確定310的厚度與阻抗之間的關(guān)系來確定340厚度。在一些實(shí)施例中，利用方法300來評(píng)估結(jié)構(gòu)的多個(gè)樣品102。在一個(gè)實(shí)施例中，將結(jié)構(gòu)的規(guī)則間隔開的部分作為樣品102處理。對(duì)于每個(gè)樣品102，定位315、320電極122、124，將第一電極122壓靠325在樣品102上，調(diào)節(jié)330樣品102的溫度，測(cè)量335電氣阻抗，并且確定340感興趣的層的厚度。在一些實(shí)施例中，如果對(duì)應(yīng)于任何樣品102的感興趣的層的厚度在可以接受的值范圍(例如，規(guī)格為納米、微米或毫米)以外，則修復(fù)和/或更換該結(jié)構(gòu)。圖4是用于確定圓筒形結(jié)構(gòu)405中感興趣的層的厚度的示例性裝置400的圖。裝置400包括具有第一電極415的樣品接合部件410。樣品接合部件410和第一電極415定位成靠在圓筒形結(jié)構(gòu)405的內(nèi)表面420上。第二電極425定位成靠在圓筒形結(jié)構(gòu)405的外表面430上。第一電極415和第二電極425成形為弓形，以分別對(duì)應(yīng)于內(nèi)表面420和外表面430的形狀。在操作中，第一電極415和第二電極425聯(lián)接到測(cè)量裝置160上(在圖I中示出)。裝置400包括在操作上類似于施力裝置140 (在圖I中示出)的施力裝置435。更具體而言，施力裝置435將第一電極415壓靠在內(nèi)表面420上。通過在操作上類似于測(cè)力傳感器142 (在圖I中示出)的測(cè)力傳感器440測(cè)量施力裝置435所施加的力。在示例性實(shí)施例中，施力裝置435通過軸445聯(lián)接到樣品接合部件410上。軸445也聯(lián)接到與樣品接合部件410相對(duì)的結(jié)構(gòu)接合部件450上。與第一電極415相似，樣品接合部件410和結(jié)構(gòu)接合部件450具有與內(nèi)表面420的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。當(dāng)施力裝置435沿軸445施加膨脹力時(shí)，樣品接合部件410和結(jié)構(gòu)接合部件450被壓靠在內(nèi)表面420上。在示例性實(shí)施例中，施力裝置435和測(cè)力傳感器440與壓力控制裝置144 (在圖I中示出)通
聯(lián)接。樣品接合部件410還包括在操作上類似于溫度調(diào)節(jié)元件132、136 (在圖I和2中示出)的多個(gè)溫度調(diào)節(jié)元件455。溫度調(diào)節(jié)元件455調(diào)節(jié)貼近第一電極415的內(nèi)表面420的溫度。在示例性實(shí)施例中，溫度調(diào)節(jié)元件455聯(lián)接到溫度控制裝置150上(在圖I中示出)。在一些實(shí)施例中，絕緣層460定位在貼近第二電極425的外表面430上。絕緣層460有利于在操作溫度調(diào)節(jié)元件455時(shí)提供第一電極415與第二電極425之間的恒定溫度。
圓筒形結(jié)構(gòu)405在第一電極415與第二電極425之間的部分可稱為樣品465。在一個(gè)實(shí)施例中，通過相對(duì)于圓筒形結(jié)構(gòu)405旋轉(zhuǎn)裝置400來對(duì)多個(gè)樣品465確定圓筒形結(jié)構(gòu)405中感興趣的層的厚度。作為一個(gè)實(shí)例，根據(jù)方法300 (在圖3中示出)來評(píng)估十個(gè)樣品465，各樣品旋轉(zhuǎn)隔開大約36度。本文提供的實(shí)施例使得能夠確定多層結(jié)構(gòu)內(nèi)感興趣的層例如熱生長氧化物(TGO)層的厚度。此外，示例性實(shí)施例在短時(shí)間內(nèi)并且在不需要去除附著的接觸或?qū)щ娊橘|(zhì)的情況下產(chǎn)生精確的厚度確定。文中所述的方法和系統(tǒng)并不限于文中所述的特定實(shí)施例。例如，各系統(tǒng)的構(gòu)件和/或各方法的步驟可與文中所述的其它構(gòu)件和/或步驟獨(dú)立地和分開地使用和/或?qū)嵤?。另夕卜，各?gòu)件和/或步驟也可借助其它裝置和方法來使用和/或?qū)嵤?。一些?shí)施例包含一個(gè)或更多電子或計(jì)算裝置的使用。此類裝置典型地包括處理器或控制器，諸如通用中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、微控制器、精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)處理器、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)和/或能夠執(zhí)行文中所述的功能的任何其它電路或處理器?？蓪⒈疚乃龅姆椒ň幋a為在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)一包括但不限于存儲(chǔ)裝置和/或記憶裝置——中包含的可執(zhí)行的指令。此類指令在由處理器執(zhí)行時(shí)使得處理器執(zhí)行本文所述的方法的至少一部分。以上實(shí)例只是示例性的，并且因此并非旨在以任何方式限制術(shù)語“處理器”的定義和/或含義。此書面描述使用了包括最佳模式在內(nèi)的實(shí)例來公開本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造并利用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利權(quán)的范圍通過權(quán)利要求來限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果此類其它實(shí)例沒有不同于權(quán)利要求的文字語言所描述的結(jié)構(gòu)元件，或者它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則認(rèn)為此類其它實(shí)例包含在權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)包括樣品接合部件(108)，包括第一電極(122)，所述第一電極具有構(gòu)造成定位為與所述多層結(jié)構(gòu)的第一表面相接觸的第一樣品接觸表面(126)；第二電極(124)，其具有構(gòu)造成定位為與所述多層結(jié)構(gòu)的第二表面相接觸的第二樣品接觸表面(128)，其中所述第二表面與所述第一表面相對(duì)；壓力控制裝置(144)，其構(gòu)造成大致在預(yù)定的采樣壓力下將所述第一電極壓靠在所述多層結(jié)構(gòu)上，其中所述采樣壓力是所述樣品的電阻抗在該壓力下跟蹤與所述樣品(165)相關(guān)的基準(zhǔn)阻抗的壓力；以及與所述第一電極和所述第二電極電氣聯(lián)接的測(cè)量裝置(160)，所述測(cè)量裝置構(gòu)造成測(cè)量所述第一電極與所述第二電極之間的電阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述測(cè)量裝置(160)還構(gòu)造成至少部分地基于測(cè)出的電阻抗來確定所述感興趣的層的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述測(cè)量裝置(160)還構(gòu)造成進(jìn)一步基于電阻抗與對(duì)應(yīng)于所述多層結(jié)構(gòu)的所述感興趣的層的厚度之間的關(guān)系來確定所述感興趣的層的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括施力裝置(140)，其聯(lián)接到所述樣品接合部件(108)上并且與所述壓力控制裝置(144) 通信聯(lián)接；以及測(cè)力傳感器(142)，其與所述壓力控制裝置通信聯(lián)接并且構(gòu)造成測(cè)量由所述施力裝置施加到所述多層結(jié)構(gòu)的力，其中所述壓力控制裝置構(gòu)造成至少部分地基于測(cè)出的力和所述第一樣品接觸表面(126)與所述多層結(jié)構(gòu)之間的接觸面積來在所述預(yù)定的采樣壓力下將所述第一電極(122)壓靠在所述多層結(jié)構(gòu)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述樣品接合部件(108)還包括構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述多層結(jié)構(gòu)的溫度的一個(gè)或更多溫度調(diào)節(jié)元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括溫度控制裝置 (150)，所述溫度控制裝置聯(lián)接到所述溫度調(diào)節(jié)元件(136)上并且構(gòu)造成通過所述溫度調(diào)節(jié)元件將所述多層結(jié)構(gòu)的溫度調(diào)節(jié)到預(yù)定的采樣溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述樣品接合部件是包括多個(gè)第一溫度調(diào)節(jié)元件(136)的第一樣品接合部件(108)，所述系統(tǒng)還包括第二樣品接合部件 (110)，所述第二樣品接合部件包括所述第二電極(124);以及多個(gè)第二溫度調(diào)節(jié)元件(455)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述測(cè)量裝置(160)構(gòu)造成在預(yù)定的頻率范圍上測(cè)量所述第一電極(122)與所述第二電極(124)之間的電阻抗。
9.一種用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的裝置(400)，所述裝置包括樣品接合部件(108)，包括電極(122)，其具有樣品接觸表面(108)和與所述樣品接觸表面相對(duì)的施力表面 (130)，所述樣品接觸表面構(gòu)造成定位為與所述多層結(jié)構(gòu)的表面相接觸；以及構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述多層結(jié)構(gòu)的溫度的溫度調(diào)節(jié)元件(132);以及施力裝置(140)，其聯(lián)接到所述樣品接合部件上并且構(gòu)造成通過所述樣品接合部件對(duì)所述電極的所述施力表面施力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(400)，其特征在于，所述樣品接觸表面(108)具有與所述多層結(jié)構(gòu)的表面的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的系統(tǒng)和方法，具體而言，提供了一種用于確定多層結(jié)構(gòu)中感興趣的層的厚度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括樣品接合部件，其包括第一電極，該第一電極具有構(gòu)造成定位成與多層結(jié)構(gòu)的第一表面相接觸的第一樣品接觸表面；第二電極，其具有構(gòu)造成定位成與多層結(jié)構(gòu)的第二表面相接觸的第二樣品接觸表面，其中第二表面與第一表面相對(duì)；壓力控制裝置，其構(gòu)造成大致在預(yù)定的采樣壓力下將第一電極壓靠在多層結(jié)構(gòu)上，其中該采樣壓力是樣品的電阻抗在該壓力下跟蹤與樣品相關(guān)的基準(zhǔn)阻抗的壓力；以及與第一電極和第二電極電氣聯(lián)接的測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置構(gòu)造成測(cè)量第一電極與第二電極之間的電阻抗。
文檔編號(hào)G01B7/06GK102628668SQ20121003117
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月4日
發(fā)明者A·薩哈, F·卡普奇尼, H·N·塞沙德里, K·V·古里尚卡, K·阿南德 申請(qǐng)人:通用電氣公司