Оценка погрешностей использованных методик и аппаратуры



Современное развитие науки и техники ставит перед производством оптикоэлектронных приборов и устройств принципиально новые задачи, для решения которых необходимо существенно улучшить параметры современных оптоэлектронных систем и создать принципиально новую элементную базу.

С этой точки зрения требуются дальнейшие поиски новых функциональных возможностей и методов, в том числе, с применением новой элементной базы, содержащей как традиционные элементы, так и принципиально новые. Это, в свою очередь, требует новых технологических разработок, способных обеспечить производства новой элементной базы с требуемыми характеристиками.

В современных технологиях обработки материалов большое внимание уделяется методам вакуумной, в том числе, ионной технологии, позволяющим создавать поверхностные структуры с прогнозируемыми физико-химическими и технологическим свойствами.

На базе научно-исследовательских и конструкторских разработок по исследованию процессов взаимодействия заряженных частиц с поверхностями твердых тел создано новое технологическое направление — ионная обработка материалов, которую возможно использовать для обработки перспективных материалов, создания электронно-оптических и телекоммуникационных приборов.

Ионно-лучевые и ионно-плазменные технологии обработки материалов в последнее время широко внедряются в высокотехнологичные производственные комплексы.

В связи с этим создание устройств передачи и приема, преобразования и обработки информации на основе модифицированных материалов, разработка новых способов создания материалов, легированных различными добавками, в том числе редкоземельными элементами с целью формирования заданных технологических свойств с улучшенными параметрами, исследование их физико-химических свойств представляют большой научный и непосредственно практический интерес. Рассмотренные методы исследования оптических материалов при реализации, в силу предельности технических характеристик используемых устройств, обладают определенной погрешностью. Абсолютной погрешностью измерения параметра усилительного устройства является разность между результатом измерения и истинным значением параметра. Так как истинное значение параметра остается неизвестным, рекомендуется пользоваться термином «действительное значение», которое может быть определено с помощью средств измерения при наличии образцового усилительного элемента. Поскольку образцовый усилительный элемент, как правило, отсутствует, за погрешность измерения параметра принимают итоговую погрешность, формируемую всеми участвующими в измерении измерительными средствами и самого усилительного элемента. Так как источником итоговой погрешности является в основном измерительные средства, то виды погрешностей измерения параметра усилительного элемента совпадают с аналогичными видами погрешностей средств измерения.

В зависимости от изменения во времени сигнала усилительного элемента можно дать следующие определения погрешностей измерения параметра усилительного элемента [1];

1) статическая погрешность- погрешность при измерении сигнала усилителя с установившимся уровнем;

2) динамическая погрешность- погрешность, вызванная наличием переходного процесса сигнала усилителя при измерении.

В зависимости от характера изменения погрешностей средств измерения различают:

1) систематическую погрешность- погрешность, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся;

2) случайную погрешность- погрешность, изменяющуюся случайным образом.

В зависимости от условий возникновения различают:

1) основную погрешность-погрешность измерения параметра исследуемого элемента в нормальных условиях;

2) дополнительную погрешность — погрешность измерения параметра исследуемого элемента, вызванную отклонением одной из влияющих величин от нормального значения.

Часто выделяют погрешности, которые возрастают пропорционально входному сигналу. Это так называемые мультипликативные погрешности. Погрешности, возможные значения которых не зависят от уровня входного сигнала, называют аддитивными.

Основная и дополнительная погрешности измерения могут устанавливаться в виде абсолютных, относительных или приведенных погрешностей.

Абсолютная погрешность измерения выражается в тех же единицах, что и измеряемая величина:

одним значением

где а — постоянная величина; линейной зависимостью (двучленной формулой)

где а и b — постоянные величины; х — значение измеряемой величины;

в виде таблицы для разных номинальных значений, показаний или сигналов.

Относительная погрешность есть отношение абсолютной погрешности к значению измеряемой величины и выражается в процентах:

или

где с и d — постоянные числа; х_к — конечное значение диапазона измерений.

Приведенная погрешность есть отношение абсолютной погрешности к нормированному значению измеряемой величины и выражается в процентах:

где — значение нормы параметра измеряемой величины.

В процессе измерения исследуемого элемента участвует несколько средств измерения, скомпонованных обычно в единое конструктивное целое — установку измерения и контроля исследуемого элемента. Итоговая погрешность измерения параметра исследуемого элемента будет зависеть в той или иной мере, от метрологических характеристик всех средств измерения, участвующих в измерении параметра.

Основной метрологической характеристикой средств измерения является их погрешность. Нормируемой величиной погрешности средств измерения в соответствии со стандартом является предел допустимой основной и дополнительной погрешностей, который выражается в виде максимальных абсолютной, относительной и приведенной погрешностей, т. е. .

С целью обеспечения требуемой точности измерение параметра осуществляется в соответствии с методом измерения электрического параметра исследуемого элемента.

Основным метрологическим критерием метода измерения электрического параметра исследуемого элемента является погрешность метода. Погрешность метода у на данном виде оборудования принято определять при значении параметра, равном норме, в форме, схожей с выражением приведенной погрешности:

%

Именно об этой погрешности идет речь, когда говорится, что контроль статических параметров исследуемого элемента необходимо производить с погрешностью не более 5 %, а динамических — не более 10 %.

Значение х_н определено еще на этапе формирования технических требований к исследуемому элементу. Значение определяют следующим образом. Исходя из параметров исследуемого элемента и схемы реализации метода измерения параметра, оценивают коэффициент влияния на величину метрологических характеристик используемых средств измерения. Далее предъявляют такие требования к средствам измерения, чтобы итоговая не превышала определенного значения. Сформированные таким образом требования к средствам измерения излагаются в частных технических условиях (ЧТУ) на конкретный усилительный элемент. Так, в ЧТУ на усилительный элемент имеются таблицы требований к уровню сигналов на входах, напряжению питания, температуре окружающей среды, уровню нагрузочных токов на выходах, погрешности средств измерения электрического параметра и. т.д. Выполнение указанных требований гарантирует измерение электрических параметров с заложенным в ЧТУ значением .

Величина создает зону неопределенности, в которой годный усилительный элемент в силу близости действительного значения параметра к норме может быть забракован, а потенциально забракованный по тем же причинам, оценен как годный. Во избежание этого часто сужают зону допуска путем ужесточения норм при контроле на величину. Однако это приводит к прямым экономическим потерям у изготовителя микросхем. Поэтому необходимо использовать наиболее эффективные методы измерения параметров, которые позволяют простыми средствами измерения снижать погрешность измерения и контроля параметров микросхем до минимума.

Литература:

1. Дубовой И. Д., Осокин В. И., Очков А. С. Измерения и контроль в микроэлектронике.-М.: Высшая школа, 1984.-367с.