多層構造体における対象の層の厚さを求めるのに使用されるシステムおよび方法

【課題】多層構造体の層の厚さを求めるシステムを提供する。
【解決手段】多層構造体の第１の面に接触して配置されるように構成された第１の電極１２２と、多層構造体の第２の面に接触して配置されるように構成された第２の電極１２４であって、第２の面が第１の面の反対側にある第２の電極１２４と、第１の電極を、多層構造体に対して所定のサンプリング圧力で実質的に押しつけるように構成された圧力制御デバイス１４４であって、サンプリング圧力が、試料の電気インピーダンスが試料に関連した基準インピーダンスを追跡する圧力である圧力制御デバイス１４４と、第１の電極１２２および第２の電極１２４に電気的に結合された測定デバイス１６０であって、第１の電極と第２の電極の間の電気インピーダンスを測定するように構成された測定デバイスとを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される内容は、一般に構造測定に関し、より具体的には、多層構造体における対象の層の厚さを求めるのに使用されるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの既知の測定システムは、電極を使用して、構造体の２つの表面間のインピーダンスを求める。電極は、銀ペーストなどの導電性接触媒体を用いて、構造体に電気的に結合される。特に、銀ペーストのような媒体を用いると、安定したインピーダンス測定が達成され得るまでにかなりの遅れが生じる可能性がある。さらに、測定して電極が除去された後に、残留の銀ペーストを構造体から洗浄しなければならない。したがって、このような測定システムは、かなりの時間と人件費を伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７５８４６６９号公報
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、多層構造体における対象の層の厚さを求めるためのシステムが提供される。このシステムは、試料接触部材を含む。試料接触部材は、多層構造体の第１の面に接触して配置されるように構成された第１の試料接触面を有する第１の電極を含む。このシステムは、多層構造体の第２の面に接触して配置されるように構成された第２の試料接触面を有する第２の電極も含む。第２の面は、第１の面の反対側にある。このシステムは、第１の電極を、多層構造体に対して所定のサンプリング圧力で実質的に押しつけるように構成された圧力制御デバイスをさらに含む。サンプリング圧力は、試料の電気インピーダンスが試料に関連した基準インピーダンスを追跡する圧力である。このシステムは、第１の電極および第２の電極に電気的に結合された測定デバイスも含む。測定デバイスは、第１の電極と第２の電極の間の電気インピーダンスを測定するように構成される。
【０００５】
別の態様では、多層構造体における対象の層の厚さを求めるためのデバイスが提供される。このデバイスは、試料接触部材および試料接触部材に結合された力印加デバイスを含む。試料接触部材は、試料接触面および試料接触面の反対側の力印加面を有する電極を含む。試料接触面は、多層構造体の表面に接触して配置されるように構成される。試料接触部材は、多層構造体の温度を調節するように構成された温度調節要素も含む。力印加デバイスは、電極の力印加面に力を印加するように構成される。
【０００６】
さらに別の態様では、多層構造体における対象の層の厚さを求める方法が提供される。この方法は、多層構造体の第１の面に接触する第１の電極を位置決めするステップを含む。第２の電極は、多層構造体の第２の面に接触して配置される。第２の面は、第１の面の実質的に反対側にある。第１の電極は、多層構造体に対して所定のサンプリング圧力で押しつけられ、多層構造体の温度は、所定のサンプリング温度に調節される。電気インピーダンスは、第１の電極と第２の電極の間で測定される。
【０００７】
本明細書で説明される実施形態は、以下の説明を添付図面とともに参照することによって、よりよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】多層構造体における対象の層の厚さを求めるための例示的システムの図である。
【図２】図１に示された試料および試料接触部材の拡大図である。
【図３】対象の層の厚さを求めるのに用いられる例示的方法の流れ図である。
【図４】円筒状の構造体における対象の層の厚さを求めるのに使用される例示的デバイスの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書で説明される実施形態により、銀ペーストなどの付着性の導電性媒体を用いることなく、多層構造体における対象の層の厚さを求めることが容易になる。例示的実施形態では、第１の電極は、多層構造体の面に直接接触して配置され、面に対して所定のサンプリング圧力で押しつけられる。さらに、構造体の温度は、所定のサンプリング温度に調節されてよい。第２の電極は、構造体の別の面に接触して配置され、２つの電極間のインピーダンスなどの電気的特性が測定される。
【００１０】
対象の層は、多層構造体の内部層でもよい。例えば、高温動作向けに設計された構成要素は、熱に誘発される損傷から金属構造体を保護する遮熱コーティング（ＴＢＣ）によって覆われた面を有する金属構造体を含んでよい。ＴＢＣは、ボンディングコートによって金属基板に結合されてよい。構造体が高温にさらされるとき、ボンディングコートが酸化する可能性があり、ＴＢＣを金属基板に結合するボンディングコートの能力が低下する。ボンディングコートの酸化した部分は、熱成長酸化物（ＴＧＯ）と称されることがある。ＴＧＯ厚さを正確に求めると、構造体の適時の修復および／または交換が可能になり得る。
【００１１】
本明細書で説明される方法、システム、および装置の例示の技術的効果には、（ａ）第１の電極を多層構造体に対して所定のサンプリング圧力で押しつけること、（ｂ）多層構造体の温度を所定のサンプリング温度に調節すること、（ｃ）第１の電極と第２の電極の間の電気的特性を測定すること、および（ｄ）測定された電気的特性に少なくとも部分的に基づいて、対象の層の厚さを求めることのうち少なくとも１つが含まれる。
【００１２】
図１は、多層構造体における対象の層の厚さを求めるための例示的システム１００のブロック図である。対象の層の厚さは、多層構造体の少なくとも一部分を含む１つまたは複数の試料１０２に基づいて求めることができる。例えば、多層構造体は、ビームであり得て、試料１０２は、ビームの長さの一部分を表してよい。試料１０２は、第１の面１０４および第１の面１０４と実質的に反対側の第２の面１０６を含む。システム１００は、第１の試料接触部材１０８および第２の試料接触部材１１０を含む。
【００１３】
図２は、試料１０２、第１の試料接触部材１０８、および第２の試料接触部材１１０の拡大図である。例示的実施形態では、試料１０２の第１の面１０４は、ボンディングコート層１１６によって構造層または基板１１４に結合された表面層１１２によって画定される。例えば、表面層１１２は、熱に誘発される損傷から構造層１１４を保護するためのセラミック材料などの遮熱コーティング（ＴＢＣ）を含んでよい。
【００１４】
作動中、構造体が熱にさらされるとき、ボンディングコート層１１６が熱成長酸化物（ＴＧＯ）層１１８に変換されることがある。したがって、ＴＧＯコート層１１８の厚さは、時間が経つにつれて変化する可能性がある。ボンディングコート層１１６とＴＧＯ層１１８は別々のレベルのインピーダンスまたは他の何らかの電気的特性を示し得て、以下で図３を参照しながら説明されるように、ＴＧＯ層１１８および／またはボンディングコート層１１６の厚さを求めることが可能になる。ＴＧＯ層１１８の厚さが、所定の閾値を上回るとき、あるいはボンディングコート層１１６の厚さが所定の閾値を下回るとき、試料１０２によって表される構造体は、交換され、かつ／または修復されてよい。試料１０２は特定の構成を有するものと上記で説明されているが、システム１００により、電気的特性の変化を示す層の任意の量を有する構造体における対象の層の厚さを求めることができる。
【００１５】
例示的実施形態では、第１の試料接触部材１０８が第１の電極１２２を含み、第２の試料接触部材１１０が第２の電極１２４を含む。第１の電極１２２は、試料１０２の第１の面１０４に接触して配置されるように構成された第１の試料接触面１２６を含む。第２の電極１２４は、試料１０２の第２の面１０６に接触して配置されるように構成された第２の試料接触面１２８を含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第１の試料接触面１２６は、試料１０２の第１の面１０４の形状に対応する形状を有する。さらに、第２の試料接触面１２８は、試料１０２の第２の面１０６の形状に対応する形状を有してよい。図２に示されるように、第１の面１０４および第２の面１０６は平坦である。したがって、第１の試料接触面１２６および第２の試料接触面１２８も平坦である。第１の試料接触面１２６および／または第２の試料接触面１２８の形状は、平坦、アーチ形（例えば図４を参照しながら以下で説明される）、曲線で囲まれたもの、角のあるもの、凹面、凸面、ならびに／あるいは第１の面１０４および／または第２の面１０６に対応する（例えば相補的な）他の形でよい。試料接触面１２６および１２８を、試料面１０４および１０６に対応するように成形すると、接触面積および／または電極１２２、１２４と試料１０２の間の導電率を増加させるのが容易になる。
【００１７】
第１の電極１２２は、試料接触面１２６の反対側の力印加面１３０も含む。一実施形態では、以下で図１および図２を参照しながら説明されるように、第１の電極１２２は、第１の試料接触部材１０８を介して力印加面１３０に力を印加することにより、試料１０２に対して押しつけられる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、試料１０２の少なくとも一部分の温度調節が容易になる。このような実施形態では、第１の試料接触部材１０８は、１つまたは複数の温度調節要素１３２を含み、また、温度調節要素１３２と第１の電極１２２の間に熱伝導層１３４を含んでよい。熱伝導層１３４は、非導電性でよく、第１の電極１２２を、第１の試料接触部材１０８から電気的に絶縁することができる。
【００１９】
温度調節要素１３２は、第１の面１０４に熱エネルギーを与えることにより試料１０２の温度を上昇させ、かつ／または第１の面１０４から熱エネルギーを抽出することにより試料１０２の温度を低下させるように構成される。温度調節要素１３２は、例えば、熱導体、電気的加熱要素、流体を含有し、かつ／または運搬するように構成されたチャンネル、および／または、試料１０２を加熱し、かつ／または冷却するのに適切な任意の構造体を含んでよい。いくつかの実施形態では、第２の試料接触部材１１０は、第２の面１０６に熱エネルギーを与え、かつ／または第２の面１０６から熱エネルギーを抽出することにより、試料１０２の温度を調節するように構成された温度調節要素１３６も含む。第２の試料接触部材１１０は、温度調節要素１３６と第２の電極１２４の間に配置された熱伝導層１３８も含んでよい。それに加えて、あるいはその代わりに、以下で図４を参照しながら説明されるように、第２の電極１２４の上に絶縁物が配置される。
【００２０】
図１および図２を参照すると、システム１００は、第１の試料接触部材１０８および／または第２の試料接触部材１１０に結合された力印加デバイス１４０を含む。力印加デバイス１４０は、第１の試料接触部材１０８を介して第１の電極１２２の力印加面１３０に力を印加するように構成される。一実施形態では、力印加デバイス１４０は、電動ねじの機構、油圧ピストン、および／または第１の電極１２２を試料１０２に対して押しつけるのに適切な任意の他の装置を含む。
【００２１】
１つまたは複数のロードセル１４２が、力印加デバイス１４０によって試料１０２に印加される力を測定するように構成される。例えば、図１に示された実施形態では、力印加デバイス１４０は、第１の試料接触部材１０８を第２の試料接触部材１１０の方へ押しつけるように構成される。したがって、第１の試料接触部材１０８と第２の試料接触部材１１０の間にロードセル１４２が配置されてよい。
【００２２】
圧力制御デバイス１４４は、力印加デバイス１４０およびロードセル１４２と通信結合される。例えば、圧力制御デバイス１４４は、通信ケーブル１４６で力印加デバイス１４０に結合され、通信ケーブル１４８でロードセル１４２に結合される。あるいは、圧力制御デバイス１４４は、無線通信チャンネル（図示せず）で力印加デバイス１４０および／またはロードセル１４２に結合されてよい。
【００２３】
圧力制御デバイス１４４は、第１の電極１２２を、試料１０２に対して所定のサンプリング圧力で押しつけるように構成される。例示的実施形態では、圧力制御デバイス１４４は、ロードセル１４２からの測定された力および第１の電極１２２と試料１０２の間の接触面積に少なくとも部分的に基づいて、印加圧力を求める。例えば、接触面積は、第１の試料接触面１２６の面積および第１の面１０４の面積に基づいて求めることができる。第１の試料接触面１２６が、第１の面１０４の形状に対応する形状を有する場合、接触面積は、第１の試料接触面１２６の面積と第１の面１０４の面積の小さい方と定義することができる。例示的実施形態では、圧力制御デバイス１４４は、力印加デバイス１４０によって印加される力を制御して、印加圧力が所定のサンプリング圧力と実質的に等しくなるまで（例えば、０．５％、１％、または５％以内の偏差になるまで）力を調節する。
【００２４】
温度制御デバイス１５０は、温度調節ライン１５２によって、温度調節要素１３２および１３６に結合される。温度制御デバイス１５０は、試料１０２の少なくとも一部分の温度を、温度調節ライン１５２および温度調節要素１３２、１３６によって所定のサンプリング温度に調節するように構成される。いくつかの実施形態では、温度調節要素１３２、１３６は、電気的な加熱要素および／または冷却器である。このような実施形態では、温度調節ライン１５２は、温度制御デバイス１５０が温度調節要素１３２、１３６の動作を制御する通信ケーブルでよい。それに加えて、あるいはその代わりに、温度調節ライン１５２は、電流が伝送される導体でもよい。他の実施形態では、温度調節要素１３２、１３６は、流体を含有し、かつ／または伝えるためのチャンネルである。このような実施形態では、温度調節ライン１５２は、流体容器（例えば管および／またはチューブ）でよく、温度制御デバイス１５０は、流体加熱器および／または流体冷却器ならびに、適宣、流体容器を通して流体を循環させるためのポンプを含んでよい。
【００２５】
測定デバイス１６０は、第１の電極１２２および第２の電極１２４に電気的に結合される。例えば、一実施形態では、測定デバイス１６０は、第１の導体１６２によって第１の電極１２２に結合され、第２の導体１６４によって第２の電極１２４に結合される。測定デバイス１６０は、第１の電極１２２と第２の電極１２４の間の電気的特性（例えばインピーダンス、抵抗、インダクタンス、および／または静電容量）を測定するように構成される。例えば、一実施形態では、測定デバイス１６０は、電気化学的インピーダンス分光学（ＥＩＳ）を遂行するための電源（例えばポテンシオスタット）および周波数応答アナライザ（ＦＲＡ）を含む。さらに、測定デバイス１６０は、以下で図３を参照しながら説明されるように、測定された電気インピーダンスに少なくとも部分的に基づいて対象の層の厚さを求めるように、さらに構成される。
【００２６】
図３は、多層構造体における対象の層の厚さを求めるのに用いられる例示的方法３００の流れ図である。方法３００の一部分は、圧力制御デバイス１４４、温度制御デバイス１５０、および測定デバイス１６０（すべて図１に示す）などのマシンおよび／または演算デバイスを使用して遂行され得る。さらに、圧力制御デバイス１４４、温度制御デバイス１５０、および測定デバイス１６０の機能は、任意数の演算デバイスへと組み合わせられてよい。例えば、測定デバイス１６０が、圧力制御デバイス１４４および温度制御デバイス１５０に関して説明されたすべての動作を遂行してよい。
【００２７】
例示的実施形態では、サンプリング圧力および／またはサンプリング温度が、３０５で決定される。サンプリング圧力は、多層構造体の試料の面に対して電極を押しつけることになる圧力である。サンプリング温度は、多層構造体が調節されるべき温度である。
【００２８】
一実施形態では、サンプリング圧力は、構造体に関して実験的に３０５で決定される。例えば、構造体または類似の構造体の試料が選択され、電極が、銀ペーストなどの粘着性の導電性液体を用いて、試料の２つの表面に電気的に結合される。２つの電極間のインピーダンスが測定されて、基準インピーダンスと見なされる。電極が、粘着性の導電性液体なしで同一の試料の表面に対して配置され、少なくとも１つの電極を、圧力レベルを変化させて試料の面に押しつけてインピーダンスが測定される。３０５で、基準インピーダンスを「追跡する」、あるいは実質的に基準インピーダンスと等しい（例えば０．５％、１％、または５％以内の偏差の）インピーダンス測定をもたらす最低のサンプリング圧力が、サンプリング圧力と決定される。いくつかの実施形態では、３０５で、上記のプロセスが、対象の層の厚さが既知の類似の構造体に対して繰り返され、これらの類似の構造体にわたって基準インピーダンスを追跡するインピーダンス測定をもたらす最低のサンプリング圧力が、サンプリング圧力と決定される。上記ではインピーダンスが具体的に説明されたが、３０５で、サンプリング圧力は、任意の電気的特性が、対応する基準の電気的特性を追跡する圧力として決定される。
【００２９】
サンプリング温度は、３０５で、多層構造体の面の間の、対象の電気的特性（例えばインピーダンス）が、対象の層の厚さに基づいて変化する温度として決定される。一実施形態では、３０５で、構造体のサンプリング温度が実験的に決定される。例えば、対象の層の厚さが既知の類似の構造体が選択される。３０５で、これらの類似の構造体の両端のインピーダンスが温度を変化させて測定され、インピーダンスが対象の層の厚さと最も密接に関連している温度が、サンプリング温度であると決定される。
【００３０】
図２を参照して、一実施形態では、構造層１１４およびボンディングコート層１１６は金属であり、広範な温度範囲にわたって相対的に無視してよいインピーダンスを示す。表面層１１２は、摂氏約４００度（４００℃）以上の温度で相対的に無視してよいインピーダンスを示すイオン導電体（例えばセラミック材料）である。それと対照的に、ＴＧＯ層１１８は、広範な温度範囲にわたって比較的高いインピーダンスを示す。したがって、４００℃より高い温度では、第１の面１０４と第２の面１０６の間のインピーダンスは主としてＴＧＯ層１１８の厚さによって決定され、３０５で、サンプリング温度は４００℃と決定される。
【００３１】
図１および図３を再び参照すると、いくつかの実施形態では、３０５で、（例えば研究所の）制御された設定における多層構造体に関するサンプリング圧力および／またはサンプリング温度が決定され、次いで複数の多層構造体を再生産するのに適用される。一例として、特定の構成要素向けのサンプリング圧力およびサンプリング温度が、構成要素に対応する部品番号に関連づけられ、後に、同一部品番号に関連した任意の構成要素における対象の層の厚さを求めるのに用いられる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、対象の層の厚さと電気的特性（例えばインピーダンス、インダクタンス、および／または静電容量）の間の関係は、３０５でサンプリング圧力および／またはサンプリング温度を決定するのに用いられたのと同一のデータを用いて３１０で決定される。例えば、一実施形態では、サンプリング温度に対応する測定されたインピーダンスおよび層の厚さの値がグラフにプロットされ、層の厚さとインピーダンスの間の関係を示すために、最良適合ラインを定義する関数が計算される。したがって、例示的実施形態では、層の厚さと方法３００によって評価される構造体に対応する電気的特性との間の関係は、評価される構造体に類似の構造体または同構造体の典型に基づいて３１０で決定される。
【００３３】
図１および図３を参照すると、３１５で、第１の電極１２２が、多層構造体の試料１０２の第１の面１０４に接触して配置される。３２０で、第２の電極１２４が、試料１０２の第２の面１０６に接触する配置される。例示的実施形態では、第１の電極１２２を含む第１の試料接触部材１０８と第２の電極１２４を含む第２の試料接触部材１１０との間に、試料１０２が配置される。
【００３４】
３２５で、圧力制御デバイス１４４は、力印加デバイス１４０によって、第１の電極１２２を試料１０２に対して（例えば第１の面１０４に対して）サンプリング圧力で押しつける。例示的実施形態では、圧力制御デバイス１４４は、力印加デバイス１４０によって印加される力の大きさを、ロードセル１４２を使用して監視する。印加されている力を第１の電極１２２と第１の面１０４の間の接触面積で割って、与えられている圧力を計算する。圧力制御デバイス１４４は、力印加デバイス１４０によって印加される力を、印加圧力が所定のサンプリング圧力と実質的に等しくなるように（例えば、０．５％、１％、または５％以内の偏差になるように）調節する。
【００３５】
３３０で、温度制御デバイス１５０は、試料１０２の少なくとも一部分の温度を、実質的にサンプリング温度に（例えば０．５％、１％、または３％以内の偏差に）調節する（例えば加熱するかまたは冷却する）。例示的実施形態では、温度制御デバイス１５０は、第１の面１０４における試料１０２の温度を調節するように温度調節要素１３２を動作させる。３３０で、試料１０２の温度を直接接触によって調節すると、対流などの他の温度調節の方法に対して、向上した精度およびより短い時間でサンプリング温度を達成することが容易になる。いくつかの実施形態では、温度制御デバイス１５０は、第２の面１０６における試料１０２の温度も調節するように温度調節要素１３６を動作させる。それに加えて、あるいはその代わりに、３２２で、第２の面１０６は絶縁される。
【００３６】
３３５で、測定デバイス１６０は、第１の電極１２２と第２の電極１２４の間の電気的特性を測定する。いくつかの実施形態では、３３５で、測定デバイス１６０は、電気化学的インピーダンス分光学（ＥＩＳ）を適用することなどにより、電気インピーダンスを測定する。例示的実施形態では、測定デバイス１６０は、第１の電極１２２と第２の電極１２４の間に、それぞれ第１の導体１６２および第２の導体１６４を介して、所定の周波数範囲にわたって（例えば１００ヘルツから１メガヘルツまで）交流の電流または電圧の入力信号を与える。この信号は電源によって生成され、電源は、限定されることなく、ポテンシオスタットを含み得る。測定される他の電気的特性には、インダクタンス、静電容量、および／または本明細書で説明された方法とともに用いるのに適切な他の特性が含まれ得る。
【００３７】
３４０で、対象の層（例えば図２に示されたボンディングコート層１１６またはＴＧＯ層１１８）の厚さが、測定された電気的特性に少なくとも部分的に基づいて決定される。例示的実施形態では、厚さは、３４０で、測定された電気インピーダンスおよび以前に３１０で決定された厚さとインピーダンスの間の関係に基づいて決定される。
【００３８】
いくつかの実施形態では、構造体の複数の試料１０２が、方法３００を用いて評価される。一実施形態では、構造体の規則的間隔の部分は、試料１０２として処理される。各試料１０２に対して、３１５で電極１２２が配置され、３２０で電極１２４が配置され、３２５で第１の電極１２２が試料１０２に対して押しつけられ、３３０で試料１０２の温度が調整され、３３５で電気インピーダンスが測定されて、３４０で対象の層の厚さが決定される。いくつかの実施形態では、任意の試料１０２に対応する対象の層の厚さが、許容範囲（例えば、ナノメートル、マイクロメートル、またはミリメートルの単位で規定されたもの）外の値であると、構造体が修復され、かつ／または交換される。
【００３９】
図４は、円筒状の構造体４０５における対象の層の厚さを求めるのに使用される例示的デバイス４００の図である。デバイス４００は、第１の電極４１５を有する試料接触部材４１０を含む。試料接触部材４１０および第１の電極４１５が、円筒状の構造体４０５の内面４２０に接して配置される。第２の電極４２５が、円筒状の構造体４０５の外面４３０に接して配置される。第１の電極４１５および第２の電極４２５は、それぞれが内面４２０および外面４３０の形状に対応するように、アーチ形の形状に形成される。作動中、第１の電極４１５および第２の電極４２５は、測定デバイス１６０（図１に示す）に結合される。
【００４０】
デバイス４００は、動作が力印加デバイス１４０（図１に示す）と同様の力印加デバイス４３５を含む。より具体的には、力印加デバイス４３５は、第１の電極４１５を内面４２０に対して押しつける。力印加デバイス４３５によって印加される力は、動作がロードセル１４２（図１に示す）に似ているロードセル４４０によって測定される。
【００４１】
例示的実施形態では、力印加デバイス４３５は、軸４４５で試料接触部材４１０に結合される。軸４４５は、試料接触部材４１０の反対側の構造体接触部材４５０にも結合される。第１の電極４１５と同様に、試料接触部材４１０および構造体接触部材４５０は、内面４２０の形状に対応する形状を有する。力印加デバイス４３５が、軸４４５に沿って膨張性の力を加えるとき、試料接触部材４１０および構造体接触部材４５０は、内面４２０に対して押しつけられる。例示的実施形態では、力印加デバイス４３５およびロードセル４４０は、圧力制御デバイス１４４（図１に示す）と通信結合される。
【００４２】
試料接触部材４１０は、動作が温度調節要素１３２、１３６（図１および図２に示す）と同様の複数の温度調節要素４５５を含む。温度調節要素４５５は、第１の電極４１５に近接した内面４２０の温度を調節する。例示的実施形態では、温度調節要素４５５は、温度制御デバイス１５０（図１に示す）に結合される。
【００４３】
いくつかの実施形態では、第２の電極４２５に近接した外面４３０上に絶縁物４６０が配置される。絶縁物４６０により、温度調節要素４５５が動作するとき、第１の電極４１５と第２の電極４２５の間の温度を均一にするのが容易になる。
【００４４】
第１の電極４１５と第２の電極４２５の間の円筒状の構造体４０５の一部分は、試料４６５と称され得る。一実施形態では、円筒状の構造体４０５における対象の層の厚さは、複数の試料４６５に関して、デバイス４００を円筒状の構造体４０５に対して回転することによって求められる。一例として、それぞれが約３６度の回転角だけ分離された１０個の試料４６５が、方法３００（図３に示す）によって評価される。
【００４５】
本明細書で提供される実施形態により、多層構造体内の熱成長酸化物（ＴＧＯ）層などの、対象の層の厚さを求めることができる。さらに、例示的実施形態では、短時間で、付着性の接触または導電性媒体の除去を必要とすることなく、厚さが正確に求められる。
【００４６】
本明細書で説明された方法およびシステムは、本明細書で説明された特定の実施形態に限定されない。例えば、各システムの構成要素および／または各方法のステップは、本明細書に説明された他の構成要素および／またはステップから独立して別個に用いられ、かつ／または実施されてよい。また、それぞれの構成要素および／またはステップは、他の装置および方法とともに用いられ、かつ／または実施されてもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態には、１つまたは複数電子デバイスまたは演算デバイスを使用することが含まれる。このようなデバイスには、一般に、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令型コンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジック回路（ＰＬＣ）、および／または本明細書で説明された機能を実行することができる他の回路またはプロセッサなどのプロセッサまたはコントローラが含まれる。本明細書で説明された方法は、限定することなく記憶装置デバイスおよび／またはメモリデバイスを含むコンピュータ読取り可能媒体で実施される実行可能な命令として符号化され得る。このような命令がプロセッサによって実行されると、プロセッサは、本明細書で説明された方法の少なくとも一部分を遂行する。上記の例は単なる例示であり、したがって、用語プロセッサの定義および／または意味を限定するようには少しも意図されていない。
【００４８】
この書かれた説明は、最善の様式を含めて本発明を開示するために、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し使用することならびにあらゆる具体化された方法を実行すること含めて本発明を実施することも可能にするために、実施例を用いる。本発明が特許権を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の実施例を含み得る。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉との実質のない相違点を有する同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に入るように意図されている。
【符号の説明】
【００４９】
１００例示的システム
１０２試料
１０４第１の面
１０６第２の面
１０８第１の試料接触部材
１１０第２の試料接触部材
１１２表面層
１１４基板
１１６ボンディングコート層
１１８熱成長酸化物（ＴＧＯ）層
１２２第１の電極
１２４第２の電極
１２６第１の試料接触面
１２８第２の試料接触面
１３０力印加面
１３２温度調節要素
１３４熱伝導層
１３６温度調節要素
１３８熱伝導層
１４０力印加デバイス
１４２ロードセル
１４４圧力制御デバイス
１４６通信ケーブル
１４８通信ケーブル
１５０温度制御デバイス
１５２温度調節ライン
１６０測定デバイス
１６２第１の導体
１６４第２の導体
３００方法
３０５サンプリング圧力および／またはサンプリング温度を決定する
３１０層の厚さと電気的特性（例えばインピーダンス）の間の関係を決定する
３１５第１の電極を、第１の面と接触させて配置する
３２０第２の電極を、第２の面と接触させて配置する
３２２（１つまたは複数の）面を絶縁する
３２５第１の電極を、サンプリング圧力で試料に押しつける
３３０構造体の温度をサンプリング温度へと加熱／冷却する
３３５電気的特性を測定する
３４０層の厚さを決定する
４００デバイス
４０５円筒状の
４１０試料接触部材
４１５第１の電極
４２０内面
４２５第２の電極
４３０外面
４３５力印加デバイス
４４０ロードセル
４４５軸
４５０構造体接触部材
４５５温度調節要素
４６０絶縁
４６５複数の試料

【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層構造体における対象の層の厚さを求めるのに使用されるシステム（１００）であって、
前記多層構造体の第１の面に接触して配置されるように構成された第１の試料接触面（１２６）を有する第１の電極（１２２）を備える試料接触部材（１０８）と、
前記多層構造体の第２の面に接触して配置されるように構成された第２の試料接触面（１２８）を有する第２の電極（１２４）であって、前記第２の面が前記第１の面の反対側にある第２の電極（１２４）と、
前記第１の電極を、前記多層構造体に対して実質的に所定のサンプリング圧力で押しつけるように構成された圧力制御デバイス（１４４）であって、前記サンプリング圧力が、試料（１６５）の電気インピーダンスが前記試料に関連した基準インピーダンスを追跡する圧力である圧力制御デバイス（１４４）と、
前記第１の電極１２２および前記第２の電極１２４に電気的に結合された測定デバイス（１６０）であって、前記第１の電極と前記第２の電極の間の電気インピーダンスを測定するように構成された測定デバイスとを備えるシステム（１００）。
【請求項２】
前記測定デバイス（１６０）が、前記測定された電気インピーダンスに少なくとも部分的に基づいて前記対象の層の厚さを求めるようにさらに構成される請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記測定デバイス（１６０）が、電気インピーダンスと前記多層構造体に相当する前記対象の層の厚さの間の所定の関係にさらに基づいて、前記対象の層の前記厚さを求めるようにさらに構成される請求項２記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記試料接触部材（１０８）に結合され、前記圧力制御デバイス（１４４）と通信結合された力印加デバイス（１４０）と、
前記圧力制御デバイスと通信結合され、前記力印加デバイスによって前記多層構造体に印加される力を測定するように構成されたロードセル（１４２）であって、前記圧力制御デバイスが、前記測定された力および前記第１の試料接触面（１２６）と前記多層構造体の間の接触面積に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の電極（１２２）を前記多層構造体に対して所定のサンプリング圧力で押しつけるように構成されるロードセル（１４２）とをさらに備える請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記試料接触部材（１０８）が、前記多層構造体の温度を調節するように構成された１つまたは複数の温度調節要素をさらに備える請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記温度調節要素（１３６）に結合され、前記温度調節要素によって前記多層構造体の温度を所定のサンプリング温度に調節するように構成された温度制御デバイス（１５０）をさらに備える請求項５記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記試料接触部材が、複数の第１の温度調節要素（１３６）を備える第１の試料接触部材（１０８）であり、前記システムが、第２の試料接触部材（１１０）をさらに備え、前記第２の試料接触部材が、
前記第２の電極（１２４）と、
複数の第２の温度調節要素（４５５）とを備える請求項５記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記測定デバイス（１６０）が、所定の周波数範囲にわたって、前記第１の電極（１２２）と前記第２の電極（１２４）の間の電気インピーダンスを測定するように構成される請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項９】
多層構造体における対象の層の厚さを求めるのに使用されるデバイス（４００）であって、
前記多層構造体の面に接触して配置されるように構成された試料接触面（１２６）および前記試料接触面の反対側の力印加面（１３０）を有する電極（１２２）と、
前記多層構造体の温度を調節するように構成された温度調節要素（１３２）とを備える試料接触部材（１０８）、ならびに
前記試料接触部材に結合され、前記試料接触部材を介して前記電極の前記力印加面に力を印加するように構成された力印加デバイス（１４０）を備えるデバイス（４００）。
【請求項１０】
前記試料接触面（１０８）が、前記多層構造体の面の形状に対応する形状を有する請求項９記載のデバイス（４００）。

【図１】