Розвиток методів та засобів атомно-силової мікроскопії для неруйнівного контролю характеристик компонентів мікросистемної техніки

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorБондаренко, Максим Олексійович
dc.date.accessioned2019-02-13T13:31:39Z
dc.date.available2019-02-13T13:31:39Z
dc.date.issued2019
dc.descriptionРобота виконана в Черкаському державному технологічному університеті Міністерства освіти і науки України на кафедрі фізики.uk
dc.description.abstractenThe dissertation for the degree of doctor of technical sciences on specialty 05.11.13 – Devices and methods of control and composition of substance. – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv, 2018. The rapid development of devices of microsystem equipment (MST), observable recently, has undoubted advantages of these devices (miniature, high functionality, manufacturability, reliability, low power consumption, etc.). However, high requirements to the geometric and mechanical characteristics of MST devices in their manufacture and operation require the use of highly effective and rapid control methods, among which the atomic-force microscopy (AFM) method is promising. At the same time, despite the advantages of the AFM method, its practical application in checkup the geometry and mechanical characteristics of materials is limited to a number of problems that have not been solved so far: the lack of data on the physical regularities of the influence of external conditions and control regimes on the metrological characteristics of the AFM method; insufficient comprehension of the processes of force and energy interaction of AFM probes with surfaces; lack of tools for all-inclusive research and so on. Therefore, the dissertation is devoted to solving an important scientific and technical problem improvement of existing and creation of new methods and means of atomic-force microscopy for non-destructive testing of the geometric and mechanical characteristics of the components of the microsystem technology through the use of automated systems for measuring and controlling these characteristics with regard to the action of destabilizing factors, development of mathematical and experimental statistical models, which generally represents the scientific basis for managing the quality of the monitoring process based on the atomic force microscopy method and is of practical importance for the microsystem and optical-electromechanical instrument-making industries with their subsequent introduction into production. To solve the problem of dissertational research, scientifically based methodology has been created to improve the methods and means of atomic force microscopy for nondestructive testing of the geometric and mechanical characteristics of the components of microsystem engineering through the development of mathematical and experimental statistical models, the use of methodological, technical and software tools to automate the process of controlling these characteristics allows to improve the accuracy, increase the sensitivity and reproducibility of the results of the control, taking into account the actions of destabilizing factors. Refined physical and mathematical models of the force and energy interaction of AFM probes with material surfaces minimized the limiting factors (capillary forces, electrostatic interaction forces, heat dissipation in the zone of the probe's physical contact with the surface). This reduced the relative error of measurement by 8 to 11%, increased the sensitivity of the method by 17 to 19%, and the convergence of the results of the study in 2,1 – 2,4 times. The range of scanning operating parameters (speed (18 – 26) nm / s, mechanical relaxation time (4,8 – 6).10-3 s, step (78 – 82 nm) was also determined, which ensures stable operation of the AFM during the measurement. New experimental statistical models were proposed in the paper. This made it possible to estimate the influence of climatic factors (temperature, relative humidity, ammonia content, corrosion active sulfur compounds) on high accuracy (the discrepancy between the calculated and experimental data during ten parallel experiments does not exceed 4,8%) on metrological characteristics of the AFM method. The results obtained in the model allowed to increase the period of reliable operation of the probe by 30 – 40% and to reduce the rate of erosion of its surface by 1,2 – 3,4 times. A new method has been developed to improve the accuracy, sensitivity and reproducibility of the process of non-destructive testing of the geometric and mechanical characteristics of components of microsystem engineering based on the developed tool and software and hardware for automating the monitoring, taking into account the effect of destabilizing factors, the use of which allows: – to measure and control the characteristics of the objects of study with an error of 2,7 – 5,4% and the probability of failure-free operation of the probes 0,95 – 0,98 by using probes from atomic force microscopes and test objects modified using electron-beam micromachining; – control the operating parameters in the control process by applying laser beam positioning systems to an atomic force microscope probe and removing residual triboelectric charge; – expand the boundaries of the investigated surface area (in the vertical plane 1,5 – 2,25 times) and increase its detailing 1,6 – 2,1 times. The results of the research were tested and found practical application in domestic and foreign enterprises (confirmed by the acts of implementation), and also used in the educational process of institutions of higher education in Ukraine.uk
dc.description.abstractruДиссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.11.13 – приборы и средства контроля и определения состава вещества. – Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского” Министерства образования и науки Украины, Киев, 2018. Диссертация посвящена решению важной научно-технической проблемы усовершенствования существующих и создания новых методов и средств атомно- силовой микроскопии для неразрушающего контроля геометрических и механических характеристик компонентов микросистемной техники путем применения автоматизированных систем измерения и контроля этих характеристик с учетом действия дестабилизирующих факторов, разработки математических и експериментально-статистических моделей, что в целом представляет собой научные основы управления качеством процесса контроля на основе метода атомно-силовой микроскопии и позволяет уменьшить относительную погрешность на 8 – 11%, увеличить чувствительность метода на 17 – 19% и воспроизводимость результатов контроля в 2,1 – 2,4 раза, а также увеличить срок эксплуатации зонда в 2,6 – 3,5 раза, вероятность его безотказной работы – на 5 – 10%, уменьшить в 1,2 – 3,4 раза скорость эрозии поверхности, а также определить диапазон рабочих параметров сканирования, обеспечивающих стабильную работу атомно-силового микроскопа.uk
dc.description.abstractukДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – прилади і методи контролю та визначення складу речовин. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” Міністерства освіти і науки України, Київ, 2018. Дисертація присвячена вирішенню важливої науково-технічної проблеми удосконалення існуючих та створення нових методів і засобів атомно-силової мікроскопії для неруйнівного контролю геометричних та механічних характеристик компонентів мікросистемної техніки шляхом застосування автоматизованих систем вимірювання і контролю цих характеристик з урахуванням дії дестабілізуючих факторів, розроблення математичних та експериментально-статистичних моделей, що в цілому представляє собою наукові основи керування якістю процесу контролю на основі методу атомно-силової мікроскопії та дозволяє зменшити відносну похибку на 8 – 11%, збільшити чутливість методу на 17 – 19% та відтворюваність результатів контролю у 2,1 – 2,4 рази, а також збільшити термін експлуатації зонду у 2,6 – 3,5 рази, ймовірність його безвідмовної роботи – на 5 – 10%, зменшити в 1,2 – 3,4 рази швидкість ерозії поверхні, а також визначити діапазон робочих параметрів сканування, що забезпечують стабільну роботу атомно-силового мікроскопу.uk
dc.format.page44 сuk
dc.identifier.citationБондаренко, М. О. Розвиток методів та засобів атомно-силової мікроскопії для неруйнівного контролю характеристик компонентів мікросистемної техніки : автореф. дис. … д-ра техн. наук : 05.11.13 – прилади і методи контролю та визначення складу речовин / Бондаренко Максим Олексійович. – Київ, 2019. – 44 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/26338
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectнеруйнівний контрольuk
dc.subjectатомно-силова мікроскопіяuk
dc.subjectкліматичні факториuk
dc.subjectробочі параметриuk
dc.subjectмікросистемна технікаuk
dc.subjectточністьuk
dc.subjectчутливістьuk
dc.subjectвідтворюваністьuk
dc.subjectnon-destructive controluk
dc.subjectatomic-force microscopyuk
dc.subjectclimatic factorsuk
dc.subjectoperation parametersuk
dc.subjectmicrosystem technologyuk
dc.subjectaccuracyuk
dc.subjectsensitivityuk
dc.subjectreproducibilityuk
dc.subjectнеразрушающий контрольuk
dc.subjectатомно-силовая микроскопияuk
dc.subjectклиматические факторыuk
dc.subjectрабочие параметрыuk
dc.subjectмикросистемная техникаuk
dc.subjectточностьuk
dc.subjectчувствительностьuk
dc.subjectвоспроизводимостьuk
dc.subject.udc620.179.1:[681.723.2+681.385.85] (043.3)uk
dc.titleРозвиток методів та засобів атомно-силової мікроскопії для неруйнівного контролю характеристик компонентів мікросистемної технікиuk
dc.typeThesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Bondarenko_aref.pdf
Розмір:
1.12 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
7.74 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Автореферати (вільний доступ)