وقدمت العينة الغاليوم المشع من قبل تسوى يانغ من جامعة إلينوي في شيكاغو. وأيد هذا العمل بموجب العقد رقم DE-AC02-06CH11357 بين أرجون UChicago، LLC وزارة الطاقة الأمريكية ووكالة ناسا من خلال المنح وNNH08AH761 NNH08ZDA001N، ومكتب للتكنولوجيا مركبة للوزارة الطاقة الأميركية بموجب عقد DE-AC02 -06CH11357. تم انجازه في المجهر الإلكتروني في مركز المجهر الإلكتروني لأبحاث المواد في مختبر أرغون الوطني، وزارة الطاقة مكتب العلوم المختبرية، وتعمل تحت العقد DE-AC02-06CH11357 بواسطة أرجون UChicago، LLC.

1. محاذاة الأجهزة لعام WLI المسح الضوئي للحصول على معلومات كمية عن طريق WLI، قد الخطوات التالية بمثابة خطوط عريضة. فمن المفترض أن لديه معرفة المشغل الأساسية للعملية تداخل. المبادئ التوجيهية شائعة بغض النظر عن أداة محددة. بالنسبة لبعض التحقيقات، وسوف تكون مسطحة العينة. بالنسبة للآخرين، قد يكون منحني العينة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع العينة على المسرح مع ميزة (أيون باءت بالفشل الحفرة، شعاع أيون / بقعة ذاب، أو ارتداء ندبة) مواجهة مباشرة. استخدام الهدف منخفضة التكبير والتركيز الصك على ذلك. للحصول على أفضل صورة قرار الحصول فيها موضع اهتمام إلى حد كبير يملأ الشاشة، انظر الشكل 2 للحصول على مثال الكرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط الوضع الرأسي للعينة بحيث تظهر هامش التدخل بالقرب من سمة من سمات الفائدة. لسطح مستو من المستحسن أن يتم إمالة العينة بحيث الطائرة perpendiculع إلى المحور البصري، أي تباعد هامش ستكون كبيرة. لسطح منحن (مثل الكرة)، ينبغي أن يكون موجها العينة تقع مركزيا بحيث هامش حول هذه الميزة، كما هو الحال في الشكل 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحصول على فحص وفقا للتعليمات الصك. قد يكون من الضروري لضبط ارتفاع الإضاءة أو المسح الضوئي من أجل الحصول على أفضل الخريطة الطبوغرافية. تعبئة أي بيانات تالفة أو مفقودة باستخدام وظيفة أقحم، ثم قم بحفظ الخريطة الطبوغرافية. </li></ol> 2. تحليل حجم استخدام البرمجيات عام في علم احتكاك المفاصل، وآلات الاختبار غالبا ما توظف غير امتثالي هندستها اختبار الاتصال مثل الكرة أو الاسطوانة على أن تراجع أو استدارة ضد اسطوانة شقة أو آخر. عادة، يتم فقدان المواد في نقطة الاتصال انزلاق، على الرغم من المواد في بعض الأحيان قد نقل من سطح واحد إلى آخر، وسيتم قياس هذا &quot;طبقة النقل&quot; كما وجود فائض من المواد على على(ه) من العينات الاتصال. لأن ارتداء ندبة هو ثلاثي الأبعاد وغير منتظمة في الطبيعة، قد profilometry البصرية أن الأسلوب فقط مناسبة للحصول على قياسات دقيقة حجم ارتداء - تقريبية غير صالحة. والهدف من ذلك هو قياس كميات صغيرة جدا من المواد التي قد يتم فقدان (أو المكتسبة) في المنطقة الاتصال عند الانتهاء من الاختبار. المبدأ الأساسي للقياس هي تحديد طائرة رياضية على مستوى سطح دون عائق: السطحية برامج التحليل يفترض أن هناك &quot;سطح صلب&quot; (مستوى الصفر)، أي أعلى من هذا المستوى هو &quot;فارغة&quot;. وسيعرض وظيفة التحليل الذي يقيس حجم المتكاملة إزالة أدناه الطائرة من &quot;سطح صلب&quot; إلى &quot;حجم الفراغ.&quot; وسيتم استدعاء الدالة الذي يقيس حجم المتكاملة فوق الطائرة من &quot;سطح صلب&quot; (مثل تراكم الحطام) في &quot;حجم المواد.&quot; دون عائق حقيقي ع السطوحه نادرا السلس تماما ومسطحة. لأعظم دقة في قياس الميزات الصغيرة فمن الممارسة السليمة لتحديد مساحة من الاهتمام (AOI)؛ يتم استبعاد خارج المنطقة التي من التحليل. يتم استخدام AOI لتقييد منطقة القياس بسبب مخالفات في سطح المساهمة الحجم الإضافي لحسابات غير حقيقية من المنطقة المضطربة. 3. شقة السطح - تحليل الميكانيكية ملابس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل حجم سطح مستو مع ندبة الخندق أو الاكتئاب، سواء الناتجة عن ارتداء الميكانيكية، ايون الاخرق شعاع، أو التذرية الليزر، من السهل القيام به. الحصول على صورة مثل اليسار 4 الشكل الذي يظهر ندبة الميكانيكية على سطح الفولاذ المصقول. تحديد AOI يستبعد الاكتئاب ومن ثم استخدام كل ما الخيمة و / أو انحناء ظيفة إزالة متاح للمستوى سطح دون عائق إلى التسطيح أقصى. ثم استخدام البرنامج لضبط ارتفاع متوسط ​​سطح ل= Z0. الشكل 4 هو حق وجهة نظر pseudocolor من ندبة على سطح مستو بعد هذه الخطوات. في طريقة العرض هذه لالمستبعدة &quot;حجم الفراغ&quot; وملون باللون الأحمر. في هذا المخطط اللون، والبني الداكن يدل على المناطق المنخفضة، في حين يدل اللون البرتقالي المناطق المرتفعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حذف AOI. إذا كان البرنامج يحتوي على وظيفة قياس حجم الآلي، وضع المنطقة من خلال قياس ندبة. في هذا البرنامج، وسوف رصيده وظيفة قياس &quot;باطلة وحجم المواد&quot; تظهر مع لون أزرق في الشكل 5. ارتداء مجموع &quot;حجم المواد&quot; فوق الطائرة تطرح من &quot;حجم الفراغ.&quot; هذا هو التغيير حجم سطح بالانزعاج. (بالنسبة للبرامج التي ليس لديها هذه الوظيفة، لكن لديه رسم بياني، أو لتصور بوضوح المجالات التي تثار فوق السطح أو تحت السطح هي، تخطي الخطوة 3.2 و انتقل إلى الخطوة 3.3.) </li></ol> الخطوات الثلاث التالية تصف أسلوب بديل لقياس حجم التآكل. <ol start="3" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وعكس AOIمن الخطوة 3.1 إلى تمكين ليتم تحليلها المنطقة ندبة (يتم تضمين ندبة الآن). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء المدرج التكراري للبيانات. الرسم البياني هو الرسم البياني من الارتفاع العمودي على الإحداثي السيني مقابل تواتر حدوث المنسقة على. مكان واحد المؤشر في الموضع Z 0 = (الشكل 6 اليسار). هذا قد لا يكون في ذروة الرسم البياني. في هذا الرقم تم تعيين ما يصل إلى تحليل المؤشرات بشكل انتقائي فقط المواد المفقودين تحت الطائرة. البرنامج يدمج بين الحجم الكلي المؤشرات اثنين. المنطقة الحمراء ملون يظهر ما تم حذفها. المناطق البرتقالي في الشكل 6 untinted على حق تحت السطح. ينبغي أن ظيفة الرسم البياني إنشاء &quot;حجم الفراغ&quot; مع عدد المؤشرات في وضع كما هو موضح لقياس المواد المفقودة من السطح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام الرسم البياني نفسه، ضع المؤشر أخرى هذه المرة في موقف = Z ارتفاع 0 (الشكل 7 اليسار)، والآخر في الطرف المقابل. المناطق البرتقال في untinted <strاونج&gt; الشكل 7 الحق هي فوق السطح. أثار أي فائض المواد وظيفة الرسم البياني يجب إنشاء &quot;حجم المواد&quot; عدد، وفوق سطح مستو. ارتداء مجموع &quot;حجم المواد&quot; تطرح من &quot;حجم الفراغ&quot;، ونفس كما في الخطوة 3.2. يجب أن الأسلوب يعطي الرسم البياني حجم ارتداء نفس كما في الخطوة 3.2، ولكنه يوفر تفاصيل إضافية حول توزيع المواد المطروحة وخفضت، ويظهر خريطة للتوزيع هذا المجال. </li></ol> في المثال أعلاه عدم وجود المواد المفقودة من صافي ندبة الملابس، وبدلا من ذلك هناك مكاسب مادية. هذا أمر غير معتاد، ولكن يحدث في بعض الأحيان عندما نقل من نقل المواد counterface اختبار واحد إلى آخر. نفس &quot;توصيف سطح مستو&quot; النهج هي مفيدة للحصول على وحدات التخزين في التجارب مع إزالة أيون الاخرق والليزر التذرية، نظرت في الأمثلة التالية. 4. شقة السطح - الحفر وايون برو الحزمةملفات القياسات لتقدير إنتاجية الاخرق، وأداء الوقت للوصول الى عمق المعايرة كبديل للطريقة معروفة على نطاق واسع والمستخدمة لتقدير غلة الاخرق باستخدام الأسلوب الشامل للخسارة، على أساس وزنها مباشرة أو الكوارتز بلورة مكروية التوازن و 8 و 9 نجد أن أسلوب WLI مفيد لرؤية مباشرة للبقع باءت بالفشل شعاع أيون / الحفر التي حصلت عليها الاخرق ثابت / النقطية المسح الضوئي للشعاع شخصية. أيون 8 يقارن المقاطع العرضية الطولية من بقعة (الخطوط المنقطة الخضراء الصلبة والأزرق) لأحداث 5 كيلو عادة ثابتة و 150 فولت + صول الحزم الأيونية ضد الحفر الخاصة بهم (الزيتون المفتوحة دوائر والماس سماوي مفتوح) التي حصلت عليها 100 × 100 بكسل الرقمية المسح النقطية من شعاع أيون نفسه مرارا سطح النحاس (110) الكريستال واحد. منحنى المقابلة لشعاع التداخل ثابت حافة واحدة من فوهة البركان لشرح كيفية مسح النقطية من شعاع أيون يولد الحفرة خلال تفل دepth التنميط. 5. شقة السطح - توصيف تذرية الليزر فائق السرعة ومن المسلم به الليزر فائق السرعة الاجتثاث كوسيلة لإزالة المواد الصلبة من منطقة مع التقليل من الحرارة تتأثر. 10 هذا العملية يمكن عالية متناهي الصغر مع معدل نسب عالية وأضرار طفيفة (تكسير، والأكسدة) إلى المواد المتبقية، ويفتح إمكانية الاجتثاث كفاءة المواد الشفافة. 11 المزيد من قريب، وقد وضعت مصلحة في استخدام الاجتثاث فائق السرعة كأداة تحليلية. 12-15 واستقامة عالية من عملية الاجتثاث كما يوفر وسيلة لتقليل حجم البقعة ذاب أقل بكثير من حجم البقعة المشع ( كما هو محدد عادة عن طريق البريد / 1 2) وحتى أقل من الحد الحيود، وقد ثبت عن 16 قرار العمق، في حين لا تنافسية مع أفضل الأساليب أيون شعاع، قد يكون &lt;20 نانومتر. يمكن بسهولة زيادة معدلات إزالةnonlinearly عن طريق زيادة فلوينس الليزر، لذلك أن التنميط السريع جدا من خلال ميكرون من مادة أمر ممكن. ومن الناحية المثالية، التي تميز إزالة المواد من الاجتثاث فائق السرعة يتطلب تقنية سريعة والكمية ومعايرة حسنا، كل الخصائص تفي بها WLI. ويبين الشكل 9 صور pseudocolor اثنين من الحفر المجاورة التي شكلتها الاجتثاث المتكررة من الغاليوم مع فائق السرعة (60 FS، 800 نانومتر) شعاع الليزر يركز على حجم البقعة من 8 ميكرومتر و≈. وجود fluences الموافق 0.4 و 1.0 2 J / سم 6. منحني السطوح - ميكانيكية التحليل ملابس تحليل حجم سطح منحني العادية (الكرة أو الاسطوانة) مماثلة لتلك التي على شقة، ولكنها تتطلب إزالة انحناء. البروتوكول التالي يوضح تحليلا للندبة دائرية على ارتداء الكرة الحديد. العثور على المفقودة من حجم الكرة لا بد من القيام به لتحويل تجهيز الرياضية الكرة معمساحة الشقة إلى شقة الطائرة مع المسافة البادئة، ثم قياس حجم المسافة البادئة كما حدث في القسم 3 على الأسطح المسطحة. وسوف يقاس A ندبة على ارتداء الكرة، وذلك باستخدام تقنية أبسط أولا التلقائي، ثم مع تقنية الرسم البياني. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الشكل 10 يبين وجهة نظر اليسار متساوي القياس من ندبة على ارتداء الكرة. تحديد AOI يستبعد ارتداء ندبة، وحدد أداة منحنى المناسب البرمجيات التي ستحول سطح بحيث يكون الاكتئاب البالية في وسط منطقة على شقة دون عائق. لأن إزالة انحناء قد تكون تقنية التكرار قد يكون من الضروري لتشغيل عدة مرات بحيث تناسب المنطقة دون عائق إلى مسطح نانومتر دقة المستوى. أي غير مرئية التوحيد خارج ندبة ارتداء يشير إلى مشكلة وحساب لن يكون صحيحا. تعيين ارتفاع متوسط ​​خارج ندبة إلى Z = 0. الشكل 10 يظهر الحق على عرض pseudocolor للندبة بعد إزالة انحناء والإعداد Z = 0 مع AOI بشكل صحيحاخفاء منطقة البالية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام أداة القياس، إن وجدت، لتحليل الملابس، كما هو مبين في الشكل 11. اجمالى حجم ارتداء هو &quot;حجم المواد&quot; تطرح من &quot;حجم الفراغ.&quot; </li></ol> تصف الخطوات التالية طريقة بديلة لقياس حجم التآكل. <ol start="3" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في بنفس الطريقة الخطوة 3.3، عكس لAOI بحيث يتم تضمين ندبة ارتداء. إنشاء المدرج التكراري للبيانات. مكان واحد المؤشر في الموضع Z 0 = (الشكل 12 يسار). المناطق البرتقال untinted في الشكل 12 على حق تحت السطح. ينبغي أن ظيفة الرسم البياني إنشاء &quot;حجم الفراغ&quot; عدد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام الرسم البياني نفسه، ضع المؤشر أخرى هذه المرة في موقف = Z ارتفاع 0 (اليسار الشكل 13)، والآخر في الطرف المقابل. المناطق البرتقال untinted في الشكل 13 على حق فوق السطح. ينبغي أن ظيفة الرسم البياني إنشاء &quot;حجم المواد&quot; عدد. مجموعارتداء حجم هو &quot;حجم المواد&quot; فوق الطائرة تطرح من &quot;حجم الفراغ&quot;، ونفس كما في الخطوة 3.2. يجب أن الأسلوب الرسم البياني حساب حجم ارتداء نفس كما في الخطوة 6.2، ولكنه يوفر تفاصيل إضافية حول توزيع المواد المطروحة وخفضت، ويظهر خريطة للتوزيع هذا المجال. </li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

مثال 1 لا WLI على نطاق واسع لتوصيف سطح العمل في tribological، ولكن هو في الواقع وسيلة قوية لقياس كمي لحجم ارتداء لهندستها اتصال عديدة. WLI تنتج التمثيل الكامل 3D لسطح يمكن تحليلها باستخدام أي من العديد من حزم البرامج التصور. هذه الحزم تمكن من ?...

سطح المواد الصلبة يحدد إلى حد كبير خصائص ذات أهمية لتلك المواد: إلكترونيا، هيكليا، وكيميائيا. في العديد من مجالات البحوث، إضافة المواد (على سبيل المثال، ترسيب طبقة رقيقة من الليزر نابض / المغنطرون الاخرق ترسب، الفيزيائية / الكيميائية ترسب بخار)، وإزالة المواد (رد الفعل ايون النقش، ايون الاخرق، الليزر التذرية، وما إلى ذلك)، أو بعض العمليات الأخرى، وتحتاج إلى أن تكون متميزة. بالإضافة إلى ذلك، تعديل السطح من خلال التفاعل مع نبضات ضوء حيوية أو الجسيمات المشحونة لديها العديد من التطبيقات، ويحتل أهمية أساسية. علم احتكاك المفاصل، ودراسة الاحتكاك وارتداء، مجالا آخر من مجالات الاهتمام. على نطاق والفوق، عدد وافر من هندستها اختبار tribological الوجود. ويمكن استخدام الاتصال هندستها غير امتثالي، ويمكن أن الكرة أو الاسطوانة أو تراجع تناوب على سطح مستو، الكرة أخرى، أو اسطوانة، وذلك لفترة من الزمن، وكمية المواد التي تتم إزالة البيانات هوasured. لأن ارتداء ندبة هو ثلاثي الأبعاد وغير منتظمة في الطبيعة، قد profilometry البصرية أن الأسلوب فقط مناسبة للحصول على قياسات دقيقة حجم التآكل. المهام المشتركة تشمل أيضا تحليل المعلمات خشونة السطح، وارتفاع الخطوة، وفقدان حجم المواد، وعمق الخندق، وهلم جرا، ويمكن الحصول كل منهم بالإضافة إلى ذلك التصور لتضاريس بسيطة 2D و 3D. profilometry البصرية يشير إلى أي أسلوب البصرية التي يتم استخدامها لإعادة بناء الملف من السطوح. طرق Profilometric تشمل الأبيض ضوء التداخل، ليزر، أو وسائل مبائر. بعض profilometers البصرية الحصول على معلومات من خلال نهج يعتمد على الأهداف التقليدية المجهر الحيود محدودة. على سبيل المثال، قد تكون متكاملة مع ليزر المسح المجهر للحصول على المعلومات الطبوغرافية وصحيح لون السطوح. A يستخدم الأسلوب الثاني وهو الأسلوب الذي يستغل عمق قليل جدا من التركيز من الأهداف التقليدية لتجميع سيريES-من التركيز في &quot;شرائح الصور&quot; من سطح للحصول على الخريطة الطبوغرافية 3D. في هذا العمل نظهر كيف يمكن لضوء التداخل الأبيض المجهر / profilometer تمكن من قياس كمية المواد التي فقدت خلال عمليات ارتداء الميكانيكية، أو أثناء عمليات الحفر المواد مثل الحفر الاخرق أيون أو الاقتلاع بالليزر. ويدفع بأكبر قدر من الاهتمام لمنهجية هذه الطريقة لتوضيح الكبير القدرة المركبة التي تجعل من نطاق واسع وجذاب للعديد من التطبيقات. معظم أنواع WLI توظيف تقنية Mirau، والذي يستخدم مرآة داخلية لهدف المجهر لحدوث تداخل بين اشارة إشارة ضوئية والضوء المنعكس من سطح العينة. وأملت اختيار التداخل Mirau من الراحة البسيطة، لأنه يمكن أن يكون لائقا للتداخل Mirau بأكمله داخل عدسة المجهر موضوعية وبالإضافة إلى المجهر الضوئي العادي (الشكل 1). سلسلة من ثنائي الأبعاد بينيتم الحصول على ferograms مع كاميرا الفيديو، والبرمجيات تجميع الخارطة الطبوغرافية 3D. مصدر الضوء الأبيض لوازم الإضاءة واسعة الطيف التي تساعد على التغلب على &quot;النظام هامش&quot; الغموض المتأصل في مصدر أحادي اللون. ويمكن استخدام مصدر الضوء أحادي اللون للحصول على قياس أكثر دقة من الميزات الطبوغرافية الضحلة. ويقتصر بشكل أساسي على قرار الأفقي إلى λ / 2 (الفتحة العددية، NA = 1)، ولكن في معظم الحالات أكبر، ويحدد من قبل NA الهدف، الذي هو بدوره متصلا التكبير / الميداني نظر الحجم. الجدول 1 في المرجع. 1 على المقارنة المباشرة لجميع المعلمات المذكورة. النهج القرار عمق ≈ 1 نانومتر، لكونها وظيفة لطبيعة التداخل من هذه التقنية. ويمكن الاطلاع على مزيد من المعلومات عن WLI Mirau في الحكام. 2، 3. ويمكن الاطلاع على مقدمة عن نهج الأبيض ضوء التداخل في المرجع. 4. طرق أخرى لتحليل الأسطح هي forc الذريةالمجهر الإلكتروني (AFM)، المجهر الإلكتروني (SEM)، وprofilometry القلم. تقنية WLI يقارن ايجابيا لهذه الأساليب ومزاياه وعيوبه التي هي نتيجة لطبيعة الأسلوب البصري لل. وAFM قادر على الحصول على الصور 3D والمقاطع العرضية وبالتالي المقابلة، ولكن لديه قدرة AFM المسح محدودة في المحاور (&lt;10 ميكرومتر) الجانبية (&lt;100 ميكرون) والعمق. وعلى النقيض من هؤلاء، والميزة الرئيسية لWLI هو مرنة مجال للرؤية (FOV) لمدة تصل إلى بضعة ملليمترات في وقت واحد مع القدرة الحقيقية التصوير 3D. وبالإضافة إلى ذلك، ونحن سوف تظهر لديها مجموعة واسعة المسح العمودي القدرات، مما يسمح احد ليحل العديد من المشاكل من تعديل السطح ببساطة. الباحثون الذين عملوا مع AFM على بينة من مشكلة مع المواقع الطائرة لعينة عند قياس طويلة من الميزات التدرجات العمودية منخفضة. عموما، يمكن للمرء أن يفكر في WLI / OP وتقنية &quot;اكسبريس&quot; على AFM. بالطبع، هناكعدد من المجالات التي AFM الوحيد هو مناسبة: عندما ميزات الجانبية إلى حل لها أبعاد أصغر من سمات القرار الوحشي للWLI، أو الحالات التي تكون فيها البيانات من WLI غامضة بسبب الخصائص البصرية مجهولة أو معقدة لعينة بطريقة يؤثر على دقة القياسات (التي ستناقش في وقت لاحق)، الخ. وSEM هو وسيلة قوية للنظر في السطوح، ويجري مرنة للغاية من حيث حجم FOV مع عمق كبير من التركيز، وأكبر من أي المجهر الضوئي التقليدية يمكن أن تقدم. في الوقت نفسه، 3D التصوير بواسطة SEM مرهقة، خاصة وأنه يتطلب أخذ ستيريو الزوج ثم الصور التي يتم تحويلها إلى صور 3D من خلال طريقة anaglyphic، أو من خلال مراقبة مع المشاهدين البصرية، أو استخدامها لحساب مباشرة من أعماق مختلفة بين النقاط المثيرة للاهتمام على عينة .. 5 وعلى النقيض، WLI / OP profilometry يقدم سهلة الاستخدام لإعادة الإعمار 3D مع FOV مرنة في وقت واحد. WLI بمسح كامل من خلالنطاق الارتفاع اللازمة لعينة معينة (من نانومتر إلى مئات ميكرون). WLI لا يتأثر التوصيل الكهربائي للمواد العينة، والتي قد تكون مشكلة مع SEM. WLI بوضوح لا يحتاج الى فراغ. من ناحية أخرى هناك عدد من التطبيقات التي توفر معلومات متفوقة SEM: ميزات الجانبية التي يتعين حلها من أبعاد مميزة تحت القرار الوحشي للWLI، أو الحالات التي يتعذر فيها أجزاء مختلفة من عينة تميز الطوبوغرافي الثانوية فقط عندما معاملات الانبعاثات الإلكترون تختلف. واحد أكثر تقنية لفحص السطح، والذي يستخدم على نطاق واسع في الثانوية ايون الطيف الكتلي 6 و في مجال توصيف أنظمة ميكانيكية إلكترونية صغيرة 7 هو القلم profilometry. هذا الأسلوب هو شعبية بسبب بساطته ومتانة. لأنه يقوم على المسح مباشرة الاتصال الميكانيكية من طرف القلم على سطح العينة. هذا هو أداة اتصال الخشنة، والتي هي قادرة على مسح على طول خط واحد في كل مرة. يجعل سطح 3D النقطية للمسح التصوير قتا طويلا جدا. عيب آخر من تقنية القلم هو صعوبة قياس خصائص سطح نسبة الارتفاع العالية والحجم مقارنة مع حجمه تلميح مميزة (submicron إلى عدة ميكرون عادة) التي تعني دائرة نصف قطرها نصيحة وزاوية قمة الإكراميات. ميزة من profilometry القلم هو عدم الحساسية لاختلاف الخصائص البصرية لعينة، والتي يمكن أن تؤثر على دقة WLI / OP القياسات (التي ستناقش في وقت لاحق). تم الحصول على خرائط السطح في هذه المادة باستخدام التقليدية Mirau من نوع WLI (الشكل 1). العديد من الشركات مثل الزيجوت؛ اللاقحة، KLA-Tencor، العلوم الدقيقة، Zemetrics، Nanovea، FRT، KEYENCE، بروكر، وهوبسون تايلور إنتاج التجاري فوق المنضدة الصكوك OP. حيث أعيد تنظيم الخرائط المكتسبة ومعالجتها باستخدام البرمجيات التجارية من النوع الذي يستخدم عادة لWLI، مسح الإلكترون، سص التحقيق المجهر. البرنامج لديه القدرة على تأدية معالجات رياضية من السطح، المقطع العرضي الشخصي التحليل، باطلة والحسابات حجم المواد، وتصحيح الطائرة. قد حزم البرامج الأخرى أتمتة بعض من هذه الميزات.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> واحدة من ركائز الكريستال سي، الغاليوم والنحاس </td><td></td><td></td><td> لالاخرق والاجتثاث </td></tr><tr><td> السبائك المعدنية النقية </td><td></td><td></td><td> للحصول على أمثلة علم احتكاك المفاصل </td></tr></tbody></table>

characterization of surface modifications by white light interferometry: applications in ion sputtering, laser ablation, and tribology experiments

في علوم وهندسة المواد غالبا ما يكون من الضروري الحصول على قياسات كمية لتضاريس السطح مع قرار ميكرومتر الجانبية. من سطح قياس، يمكن تحليل الخرائط الطبوغرافية 3D لاحقا باستخدام مجموعة متنوعة من حزم البرمجيات لاستخراج المعلومات اللازمة. في هذه المادة ونحن تصف كيفية التداخل الضوء الأبيض، وprofilometry البصرية (OP) في العام، جنبا إلى جنب مع برامج التحليل سطح عامة، يمكن استخدام لعلوم المواد والهندسة المهام. في هذه المقالة، وأظهر عدد من التطبيقات من التداخل الضوء الأبيض للتحقيق من التعديلات السطحية في مطياف الكتلة، وارتداء الظواهر في علم احتكاك المفاصل والتشحيم. نحن تميز المنتجات للتفاعل من أشباه الموصلات والمعادن مع أيونات حيوية (الاخرق)، وأشعة الليزر (الاجتثاث)، وكذلك خارج الموضع قياسات للعينات اختبار ارتداء tribological. </p&gt; على وجه التحديد، سوف نناقش: <ol class="lroman" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جوانب التقليدية ايون الطيف الكتلي الاخرق المستندة إلى مثل معدلات الاخرق / غلة القياسات على النحاس وسي واللاحقة تحويل الوقت إلى العمق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نتائج توصيف الكمي لتفاعل الإشعاع مع ليزر الفيمتو ثانية على سطح أشباه الموصلات. هذه النتائج مهمة لتطبيقات مثل مطياف الكتلة الاجتثاث، حيث يمكن دراسة كميات المواد والتحكم فيها عن طريق تبخر مدة النبض والطاقة لكل والنبض. وهكذا، من خلال تحديد هندسة الحفرة يمكن للمرء تحديد عمق القرار والجانبية مقابل ظروف الإعداد التجريبية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياسات المعلمات خشونة السطح في بعدين، والقياسات الكمية للارتداء السطحية التي تحدث نتيجة للاحتكاك وارتداء الاختبارات. </li></ol> بعض العيوب المتأصلة، والتحف ممكن، وعدم التيقن من التقييمات الضوء الأبيضوسوف تناقش نهج التداخل وأوضح.

<html><img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/50260/50260fig1.jpg" /> الشكل 1 صورة لprofilometer البسيطة المستخدمة في هذه الدراسة: يعتبر برج الهدف متعددة في الصورة. هدفين هي المعيار (10X 50X و)، وهما أهداف Mirau (10X 50X و). هذا المجهر لديه ميزة التكبير وسيطة تمكن مضاعفا...

Watch this Scientific Journal Video about Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments at JoVE.com

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

الأبيض التداخل المجهر ضوء وسيلة بصرية، نونكونتاكت وسريعة لقياس تضاريس السطوح. يتم إثبات أنه يمكن تطبيق أسلوب تحليل نحو ارتداء الميكانيكية، حيث يتم تحليل ارتداء ندوب على عينات اختبار tribological، وعلوم المواد في تحديد أيون الاخرق شعاع الليزر التذرية أو وحدات التخزين والأعماق.

توصيف التعديلات السطحية من التداخل الضوء الأبيض: تطبيقات في التتفيل ايون، التذرية الليزر، والتجارب علم احتكاك المفاصل

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

characterization-surface-modifications-white-light-interferometry

Research

JoVE Journal

Engineering

15.5K Views.  Argonne National Laboratory. الأبيض التداخل المجهر ضوء وسيلة بصرية، نونكونتاكت وسريعة لقياس تضاريس السطوح. يتم إثبات أنه يمكن تطبيق أسلوب تحليل نحو ارتداء الميكانيكية، حيث يتم تحليل ارتداء ندوب على عينات اختبار tribological، وعلوم المواد في تحديد أيون الاخرق شعاع الليزر التذرية أو وحدات التخزي...

Video: Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

تصنيع وتوصيف الدليل الموجي الكريستال الضوئية الخفيفة بطيئة وتجاويف

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. During insertion or removal of alkali metal ions, the redox states of transition metals in the compounds change and structural transformations such as phase transitions and/or lattice parameter increases or decreases occur. These behaviors in turn determine important characteristics of the batteries such as the potential profiles, rate capabilities, and cycle lives. The extremely bright and tunable x-rays produced by synchrotron radiation allow rapid acquisition of high-resolution data that provide information about these processes. Transformations in the bulk materials, such as phase transitions, can be directly observed using X-ray diffraction (XRD), while X-ray absorption spectroscopy (XAS) gives information about the local electronic and geometric structures (e.g.&#160;changes in redox states and bond lengths). In situ experiments carried out on operating cells are particularly useful because they allow direct correlation between the electrochemical and structural properties of the materials. These experiments are time-consuming and can be challenging to design due to the reactivity and air-sensitivity of the alkali metal anodes used in the half-cell configurations, and/or the possibility of signal interference from other cell components and hardware. For these reasons, it is appropriate to carry out ex situ experiments (e.g.&#160;on electrodes harvested from partially charged or cycled cells) in some cases. Here, we present detailed protocols for the preparation of both ex situ and in situ samples for experiments involving synchrotron radiation and demonstrate how these experiments are done.

We describe the use of synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray diffraction (XRD) techniques to probe details of intercalation/deintercalation processes in electrode materials for Li-ion and Na-ion batteries. Both in situ and ex situ experiments are used to understand structural behavior relevant to the operation of devices

توصيف مواد الكهربائي للبطاريات ليثيوم ايون وايون الصوديوم عن طريق تقنيات الإشعاع السنكروترون

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

انتقائية المساحة تعديل السيليكون بلل السطح بواسطة الليزر النبضي للأشعة فوق البنفسجية تشعيع في البيئة السائلة

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

We present a compact reflection digital holographic system (CDHM) for inspection and characterization of MEMS devices. A lens-less design using a diverging input wave providing natural geometrical magnification is demonstrated. Both static and dynamic studies are presented.

المدمجة عدسة أقل الرقمي المجسم مجهر لفحص ممس وتوصيف

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

الطباعة تصنيع السائبة متغاير الخلايا الشمسية و<em&gt; في الموقع</em&gt; الصرف توصيف

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

تصنيع الأبيض التي ينبعث منها ضوء الخلايا الكهروكيميائية مع الانبعاثات مستقرة من Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

تصنيع المجهرية البوليمر لمرنان البصرية وتطبيقات الليزر

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due to their long coherence time and their capability to manipulate and detect individual quantum bits (qubits). In more recent years, microfabricated surface ion traps have received more attention for large-scale integrated qubit platforms. This paper presents a microfabrication methodology for ion traps using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology, including the fabrication method for a 14 &#181;m-thick dielectric layer and metal overhang structures atop the dielectric layer. In addition, an experimental procedure for trapping ytterbium (Yb) ions of isotope 174 (174Yb+) using 369.5 nm, 399 nm, and 935 nm diode lasers is described. These methodologies and procedures involve many scientific and engineering disciplines, and this paper first presents the detailed experimental procedures. The methods discussed in this paper can easily be extended to the trapping of Yb ions of isotope 171 (171Yb+) and to the manipulation of qubits.

This paper presents a microfabrication methodology for surface ion traps, as well as a detailed experimental procedure for trapping ytterbium ions in a room-temperature environment.

طرق تجريبية لمحاصرة الأيونات باستخدام ميكروفابريكاتيد السطحية الفخاخ أيون

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex donor-acceptor emitters is presented. With a step-by-step procedure, readers will be able to repeat and produce OLED devices based on simple organic emitters. A patterning procedure allowing the creation of personalized indium tin oxide (ITO) shape is shown. This is followed by the evaporation of all layers, encapsulation and characterization of each individual device. The end goal is to present a procedure that will give the opportunity to repeat the information presented in cited publication but also using different compounds and structures in order to prepare efficient OLEDs.

A protocol for the production of simple structured organic light-emitting diodes (OLEDs) is presented.

إنتاج وتوصيف لفراغ أودعت العضوية الضوء التي تنبعث منها الثنائيات

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Shaping the Amplitude and Phase of Laser Beams by Using a Phase-only Spatial Light Modulator

The aim of this article is to visually demonstrate the utilization of an interferometric method for encoding complex fields associated with coherent laser radiation. The method is based on the coherent sum of two uniform waves, previously encoded into a phase-only spatial light modulator (SLM) by spatial multiplexing of their phases. Here, the interference process is carried out by spatial filtering of light frequencies at the Fourier plane of certain imaging system. The correct implementation of this method allows arbitrary phase and amplitude information to be retrieved at the output of the optical system.
It is an on-axis, rather than off-axis encoding technique, with a direct processing algorithm (not an iterative loop), and free from coherent noise (speckle). The complex field can be exactly retrieved at the output of the optical system, except for some loss of resolution due to the frequency filtering process. The main limitation of the method might come from the inability to operate at frequency rates higher than the refresh rate of the SLM. Applications include, but are not limited to, linear and non-linear microscopy, beam shaping, or laser micro-processing of material surfaces.

We show how to encode the complex field of laser beams by using a single phase element. A common-path interferometer is employed to mix the phase information displayed into a phase-only spatial light modulator to finally retrieve the desired complex field pattern at the output of an optical imaging system.

تشكيل السعة والطور لأشعة الليزر باستخدام الكهرومغناطيسية خفيفة مكانية المرحلة فقط

The aim of this article is to visually demonstrate the utilization of an interferometric method for encoding complex fields associated with coherent laser ...