关于“low-k材料机械特性计量检测”获批公益技术应用研究项目

无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能,不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。

无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，无损检测的重要性已得到公认。

日前，浙江省计量科学研究院戚海洋博士承担的“基于声表面波技术快速无损检测低介电常数材料的机械特性的应用基础研究”获批2021年度浙江省科技厅公益技术应用研究项目。

项目将基于超声表面波技术，深入研究low-k材料机械特性的在线无损表征，拟解决low-k材料机械特性计量检测中相应的关键科学问题和技术难点。成果可服务于low-k材料研发和生产中的检测需求，实现在线检测，提高检测准确性，降低检测造成的损失。课题契合浙江省打造“互联网+”、生命健康、新材料三大科创高地思路，对我国集成电路行业和信息技术产业的发展具有重要意义。

低介电常数材料或称low-K材料是当前半导体行业研究的热门话题。通过降低集成电路中使用的介电材料的介电常数，可以降低集成电路的漏电电流，降低导线之间的电容效应，降低集成电路发热等等。低介电常数材料的研究是同高分子材料密切相关的。传统半导体使用二氧化硅作为介电材料，氧化硅的介电常数约为4。真空的介电常数为1，干燥空气的介电常数接近于1。

SiLK是Dow Chemical开发的一种低介电常数材料，目前广泛用于集成电路生产。目前已知SiLK是一种高分子材料，但是具体结构仍然是秘密。SiLK的介电常数为2.6。

目前已知SiLK是一种芳香族热固性有机材料，含不饱和键，不含氟，不含氧和氮。SiLK以寡聚物溶液的形式提供，通过spin coating到硅片上后在氮气下加热到320摄氏度去除溶剂并初步交联。最终需要在400摄氏度以上保温来完成交联。

声表面技术是一门新兴科学技术，声学与电子学相结合的边缘学科。因为声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理。所以声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。

从严格意义上说，声表面波泛指沿表面或界面传播的各种模式的波，不同的边界条件和传播介质条件可以激发出不同模式的声表面波。在半无限基片上存在的声表面波有瑞利波、漏波、广义瑞利波、水平剪切波、电声波、兰姆波等。在层状结构的基片存在有乐甫波、西沙瓦波、斯东莱波等。

声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。声表面波是英国物理学家瑞利在19世纪80年代研究地震波的过程中偶尔发现的一种能量集中于地表面传播的声波。1965年，美国的怀特和沃尔特默发表题为“一种新型声表面波声——电转化器”的论文，取得了声表面波技术的关键性突破，能在压电材料表面激励声表面波的金属叉指换能器 IDT的发明，大大加速了声表面波技术的发展，使这门年轻的学科逐步发展成为一门新兴的、声学和电子学相结合的边缘学科。

声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器(输入换能器)通过逆压电效应将输入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器(输出换能器)将声信号转变成电信号输出。整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的特性来完成的。

声表面波技术的特点：

第一，声表面波具有极低的传播速度和极短的波长，它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。在VHF 和UHF 频段内，电磁波器件的尺寸是与波长相比拟的。同理，作为电磁器件的声学模拟声表面波器件，它的尺寸也是和信号的声波波长相比拟的。

因此，在同一频段上，声表面波器件的尺寸比相应电磁波器件的尺寸减小了很多，重量也随之大为减轻。例如，用一公里长的微波传输线所能得到的延迟，只需用传输路径为1 。m 的声表面波延迟线即可完成。这表声表面波技术能实现电子器件的超小型化。

第二，由于声表面波系沿固体表面传播，加上传播速度极慢，这使得时变信号在给定瞬时可以完全呈现在晶体基片表面上。于是当信号在器件的输入和输出端之间行进时，就容易对信号进行取样和变换。这就给声表面波器件以极大的灵活性，使它能以非常简单的方式去.完成其它技术难以完成或完成起来过于繁重的各种功能。

比如脉冲信号的压缩和展宽，编码和译码以及信号的相关和卷积。一个实际例子是1976 年报道的一个长为一英寸的声表面波卷积器，它具有使两个任意模拟信号进行卷积的功能，而它所适应的带宽可达100MHz ，时带宽积可达一万。这样一个卷积器可以代替由几个快速傅里叶变换(FFT )链作成的数字卷积器，即实际上可以代替一台专用卷积计算机。

此外，在很多情况下，声表面波器件的性能还远远超过了最 好的电磁波器件所能达到的水平。比如，用声表面波可以作成时间-带宽乘积大于五千的脉冲压缩滤波器，在UHF 频段内可以作成Q 值超过五万的谐振腔，以及可以作成带外抑制达70dB 、频率达1 低Hz 的带通滤波器。

第三，由于声表面波器件是在单晶材料上用半导体平面工艺制作的，所以它具有很好的一致性和重复性，易于大量生产，而且当使用某些单晶材料或复合材料时，声表面波器件具有极高的温度稳定性。

第四，声表面波器件的抗辐射能力强，动态范围很大，可达100dB 。这是因为它利用的是晶体表面的弹性波而不涉及电子的迁移过程。

迄今已经研制成功了许多声表面波器件，如表面波带通滤波器、延迟线、匹配滤波器、温度传感器、振荡器和表面波卷积器等。由于声表面波器件具有小型、可靠性高、一致性好、多功能以及设计灵活等优点，所以它在雷达、通信、空中交通管制、电子战争、微波中继、声纳以及电视中已经或正在得到广泛的应用。在其应用的智能电网，室外电缆接头，干式变压器、箱式变电站、高压母线接头等均可运用其原理实现远程监控。

上一篇：时间胶囊背后的全球变暖问题 科...

下一篇：仪器送检后如何进行确认，确认记...