NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CẢM BIẾN ĐO ĐỘ DÀY MÀNG MỎNG

Tóm tắt

Bài báo này trình bày nghiên cứu, thiết kế cảm biến đồng phẳng kiểu điện dung đo ước lượng độ dày màng
mỏng ứng dụng trong công nghiệp. Cấu trúc cảm biến bao gồm 2 điện cực phẳng, mỏng hình chữ nhật có kích
thước nhỏ cỡ milimet được gắn ở các vị trí cố định trên đế mạch in (PCB) phẳng, trong đó có một điện cực đóng vai
trò điện cực phát và điện cực còn lại được đặt song song trên cùng mặt phẳng đóng vai trò điện cực thu. Cảm biến
được đặt áp sát vào màng mỏng không dẫn điện để đo độ dày. Cảm biến được đề xuất có thể đo được độ dày màng
mỏng từ 10µm đến 50µm. Khi cảm biến được đặt áp sát vào màng mỏng, màng mỏng sẽ làm thay đổi điện môi
trong cảm biến kiểu tụ, từ đó làm thay đổi giá trị điện dung của tụ điện, điều này giúp ta xác định được độ dày của
màng mỏng đó.
Hoạt động của cảm biến được khảo sát bởi phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) sử dụng phần mềm mô phỏng
Ansoft Maxwell. Kết quả mô phỏng thể hiện sự thay đổi điện dung khi có sự xuất hiện và thay đổi độ dày của màng
mỏng. Dựa trên kết quả mô phỏng này, kích thước của các điện cực và khoảng cách đặt của màng mỏng đến điện
cực của cảm biến đã được tìm ra để thiết kế cảm biến với độ nhạy cần thiết. Trong nghiên cứu này đã tìm ra kích
thước của cảm biến với các tham số: độ rộng của bản cực tụ (a = 5mm), độ dày bản cực tụ (h = 0,2 mm), khoảng
cách khe tụ (d = 0,1mm) và độ dày lớp phủ cực tụ (t = 0,01mm). Cảm biến có thể được ứng dụng trong công nghệ
đo kiểm, sản xuất điện trở và tụ điện màng mỏng, bán dẫn màng mỏng, áp điện màng mỏng, màng mỏng oxit và
trong một số ứng dụng tương tự khác.