Abstract
In this study, we investigated the dispersion characteristics of guided waves in thin films. Dispersion curves are essential for understanding not only the behavior of ultrasonic waves, but also the mechanical properties of thin films. Matrix techniques are presented for modeling ultrasonic waves in multilayered structures before being used to calculate the dispersion curves for Al-steel and Al-composite specimens. When compared with the dispersion curves obtained using the commercial program (Disperse), the dispersion curves generated from the transfer matrix method show its validity. These developed methods are used to obtain dispersion curves for Al thin films deposited on a Si substrate. The resulting dispersion curves enable observation of both dispersive and non-dispersive behavior for the guided waves, depending on the thickness of the thin films.
나노/마이크로 소자의 개발이 활발해짐에 따라 나노/마이크로 박막의 기계적 물성의 정밀 측정에 대한 필요성이 점차 커지고 있다. 기존의 파괴적인 방법의 한계를 극복하기 위한 방법으로, 유도초음파를 이용한 비파괴적인 박막 물성 방법에 대한 관심이 늘어나고 있다. 유도초음파를 이용하여 박막의 물성을 측정하는 실험을 설계하거나, 물성 측정에 대한 실험 결과를 이해하는데 있어 박막의 분산선도를 이해하는 것은 필수적이라 할 수 있다. 본 연구에서는, 전달 행렬법을 이용하여 박막의 분산선도를 계산하는 방법을 제시하고, 이를 금속 박막에 적용하여 그 특성을 관찰하였다. 전달 행렬법을 이용하여 다층판에서의 주파수에 따라 유도초음파가 전파하는 속도를 계산하여 상용 프로그램과 비교하여 그 타당성을 확인하였다. 이러한 방법을 Si 기판 위에 증착된 Al 금속 박막에 적용하여 얻은 분산곡선의 분석을 통해, 박막의 두께 조건에 따른 모드와 분산 및 비분산 특성이 나타나는 구간을 관찰할 수 있었다.
