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微/纳金属薄膜厚度电涡流传感器检测机理研究

摘 要: 微/纳级厚度的金属薄膜因其自身光、电、磁和力等性质，在集成电路和柔性电子器件等诸多前沿技术领域中广泛应用。厚度是决定金属薄膜性能的关键参数之一，在金属薄膜制造过程中必须精确控制。因此，高精度金属薄膜厚度在线检测至关重要。相比台阶仪法、四探针法等其他金属薄膜厚度测量方式，电涡流法具备响应速度快，测量精度高以及非接触等优势，可有效应用于微/纳金属薄膜厚度在线测量过程中。目前，关于电涡流传感器的研究工作多在单一物理场下针对探头线圈参数或围绕检测电路设计展开，少考虑线圈与检测电路的集成，尚未在电涡流传感器层面整体分析其相关控制参数作用规律。因此，本文通过耦合电磁场与电路场，建立集成线圈与检测电路核心模块的电涡流传感器模型，系统分析自微/纳金属薄膜厚度、线圈阻抗至输出电压的完整检测机理。本研究工作揭示了线圈物理参数、激励信号以及检测电路等控制参数对电涡流传感器测量性能的作用规律；同时就传感器模型自身的优化设计，具体分析了主要元器件的影响规律，为高性能电涡流传感器的优化设计提供关键理论依据。

关键词: 金属薄膜；电涡流；电磁场；厚度灵敏度；控制