מדגם GaAs המוקרן סופק על ידי יאנג קואי מאוניברסיטת אילינוי בשיקגו. עבודה זו נתמכה תחת חוזה המס DE-AC02-06CH11357 בין UChicago Argonne, LLC ומחלקת אנרגיה של ארה&quot;ב על ידי נאס&quot;א ובאמצעות מענקים וNNH08AH761 NNH08ZDA001N, והמשרד לטכנולוגיות לרכב של משרד אנרגיה של ארה&quot;ב תחת חוזה DE-AC02 -06CH11357. מיקרוסקופ האלקטרונים בוצע במרכז המיקרוסקופי האלקטרונים לחקר חומרים במעבדה הלאומית Argonne, אמריקאי של משרד אנרגיה של מדע המעבדה, פעל תחת חוזה DE-AC02-06CH11357 ידי UChicago Argonne, LLC.

1. יישור לחומרה כללית WLI הסריקה כדי לקבל מידע כמוני באמצעות WLI, השלבים הבאים יכולים לשמש כקו מנחה. הנחה הוא כי המפעיל יש ידע בסיסי בהפעלת interferometer. ההנחיות הן משותפות ללא קשר למכשיר הספציפי. לחקירות מסוימות, את הדגימה תהיה שטוחה. עבור אחרים, את הדגימה יכולה להיות עקומה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את הדוגמא על הבמה עם התכונה (יון גמגם מכתש, אלומת יונים / מקום ablated, או ללבוש צלקת) פונה כלפי מעלה. השתמש אובייקטיבי-הגדלה נמוכה ולמקד מחדש את הכלי עליו. הפתרון הטוב ביותר להשגת תמונה שבמושא העניין במידה רבה ממלא את המסך, ראה איור 2 לדוגמה לכדור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את המיקום האנכי של הדגימה כך ששולי התאבכות יופיעו ליד התכונה של עניין. למשטח שטוח רצויה שהדגימה היא מוטה כך שהמטוס הוא perpendicular לציר האופטי, כלומר המרווח השולי יהיה גדול. למשטח מעוגל (למשל כדור), הדגימה צריכה להיות מונחה מהסוג שהשולים נמצאים במיקום מרכזי סביב התכונה, כמו באיור 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשיג סריקה על פי הוראות המכשיר. יתכן ויהיה צורך להתאים את גובה תאורה או סריקה על מנת לקבל המפה הטופוגרפית הטובה ביותר. מלא את כל נתונים רעים או חסרים באמצעות פונקציה לשרבב, ולאחר מכן שמור את המפה הטופוגרפית. </li></ol> 2. ניתוח עוצמת קול באמצעות תוכנה כללית בשחיקה, מכונה בדיקה לעתים קרובות להעסיק גיאומטריות בדיקת קשר שאינם קונפורמי כגון כדור או צילינדר שהחליק או הסתובב נגד שטוח או אחר צילינדר. בדרך כלל, חומר הולך לאיבוד בשלב של זזת קשר, למרות שלפעמים חומר יכול להעביר ממשטח אחד למשנו, ושכבת &quot;העברה&quot; זו תימדד כעודף של חומר על עלדואר של דגימות פנייה. בגלל צלקת השחיקה היא תלת ממדי ולא סדיר בטבע, profilometry האופטי עשוי להיות הטכניקה המתאימה לקבלת מדידות נפח ללבוש מדויקות רק - קירובים אינם תקפים. המטרה היא למדוד את הכמויות קטנות מאוד של חומר שעלול ללכת לאיבוד (או זכה) באזור הפנייה בסיום בדיקה. העיקרון הבסיסי של מדידה הוא להגדיר מטוס מתמטי ברמה של פני שטח באין מפריע: תוכנת ניתוח שטח מניחה כי יש &quot;משטח מוצק&quot; (רמה אפס), כל מה שמעל רמה זו היא &quot;ריק&quot;. פונקצית הניתוח שמודד את הנפח הוסר המשולב מתחת למטוס של &quot;המשטח המוצק&quot; תהיה מכונית &quot;נפח מבוטל&quot;. הפונקציה שמודדת את הנפח המשולב מעל למישור &quot;פני השטח המוצקים&quot; (למשל הצטברות של פסולת) תיקרא &quot;נפח החומר.&quot; משטחים ללא הפרעה אמיתיים arדואר לעתים רחוקות חלק לחלוטין ושטוח. לדיוק מרבי במדידת תכונות קטנות זה תרגול טוב להגדיר שטח של עניין (AOI); האזור מחוץ לאשר הוצא מניתוח. AOI משמש כדי להגביל את אזור המדידה בגלל אי ​​סדרים בשטח תורמים נפח נוסף לחישובים שאינם באמת מהאזור המופרע. 3. משטח שטוח - ניתוח בלאי מכאני <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח נפח של משטח שטוח עם צלקת תעלה או דיכאון, בין אם שנוצר על ידי בלאי מכאני, אלומת יונים מקרטעים, או אבלציה ליזר, הוא קל לביצוע. השג תמונות כגון 4 שמאל האיור שמראה צלקת מכאנית על משטח פלדה מלוטשת. בחר AOI שאינו כולל דיכאון ולאחר מכן להשתמש בכל הטיה ו / או פונקצית הסרת עקמומיות זמינה לרמת פני שטח באין מפריע לשטיחות מקסימלית. ואז להשתמש בתוכנה כדי לקבוע את גובה פני השטח הממוצע לZ =0. איור 4 נכון הוא השקפת pseudocolor של צלקת על משטח שטוח לאחר צעדים אלו. בתצוגה זו &quot;נפח החלל&quot; המנועה צבוע אדום. בערכת צבעים זו, החום הכהה מציין אזורים נמוכים, תוך כתום מסמן אזורים גבוהים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחק AOI. אם התוכנה יש נפח אוטומטי מדידת פונקציה, להציב באזור מדידה מעל הצלקת. בתוכנה זו, פונקצית המדידה יהיה מניין &quot;החלל ונפח חומר&quot; שמוצג בגוון כחול באיור 5. בלאי סה&quot;כ הוא &quot;נפח חומר&quot; מעל למישור נגרע מ&quot; נפח מבוטל &quot;. זה שינוי הנפח של פני השטח המופרע. (לתוכנה שאין לה תפקיד זה, אבל אין לי היסטוגרמה, או כדי להמחיש באופן ברור באילו תחומים הם העלו מעל פני השטח או מתחת לפני השטח, דלג על שלב 3.2 ועבור לשלב 3.3.) </li></ol> שלושה השלבים הבאים מתארים שיטה חלופית למדידת נפח בלאי. <ol start="3" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך AOIמצעד 3.1 כדי לאפשר לאזור הצלקת להיות מנותח (הצלקת כלולה כעת). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור היסטוגרמה של הנתונים. ההיסטוגרמה היא גרף של גובה האנכי בabscissa לעומת תדירות ההופעה בordinate. סמן מקום אחד בZ = 0 המיקום (6 שמאל איור). זה לא יכול להיות בשיאו של היסטוגרמה. בנתון זה את הסמנים לכך, נקבעו באופן סלקטיבי כדי לנתח רק את החומר החסר מתחת למטוס. התוכנה משלבת את הנפח הכולל בין שני סמנים. האזור הצבוע האדום מראה מה מושמט. אזורי untinted הכתומים באיור 6 ימין נמצאים מתחת לפני השטח. פונקצית ההיסטוגרמה צריכה ליצור מספר &quot;הריק נפח&quot; עם הסמנים מוצבים כמוצג למדוד את החומר אבד מהמשטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש באותה היסטוגרמה, הצב את הסמן השני והפעם בZ = 0 עמדת הגובה (משמאל איור 7), והשני בקצה השני. אזורי untinted הכתומים ב <strאונג&gt; 7 זכות האיור היא מעל פני השטח. פונקצית ההיסטוגרמה צריכה ליצור מספר &quot;נפח חומר&quot;, חומר עודף כלומר מוגבה מעל המשטח השטוח. בלאי סה&quot;כ הוא &quot;נפח חומר&quot; יורד מ&quot; נפח החלל &quot;, כמו בשלב 3.2. שיטת היסטוגרמה צריכה לתת את אותו נפח ללבוש כמו בשלב 3.2, אבל זה מספק פרטים נוספים אודות ההפצה של חומר עולה ויורד, ומראה מפה של ההתפלגות של אזור זה. </li></ol> בדוגמא לעיל אין חומר נטו אבד מהצלקת ללבוש, במקומו יש רווח חומרי. זה די חריג, אבל לפעמים מתרחש כאשר חומר מעביר מcounterface מבחן אחד למשנו. הגישות אותן &quot;השטוחות&quot; משטח האפיון מועילות להשגת כרכים הוסרו בניסויים עם יון מקרטע ואבלציה ליזר, נחשבת בדוגמאות הבאות. 4. משטח שטוח - מכתשים ואלומת היונים Proמדידות קבצים להעריך תשואת יורקת, ולבצע כיול זמן לעומק כחלופה לשיטה הידועה ומועסק באופן נרחב להערכת תשואות מקרטעת בשיטה המוני אובדן, המבוססת על שקילה ישירה או איזון קוורץ microcrystal, 8, 9 אנו מוצאים ששיטת WLI שימושית להדמיה ישירה של גמגם כתמי אלומת יונים / מכתשים מתקבלים על ידי מקרטע / סריקה סטטית סריקה של קורה. איור 8 יון משווים חתכי אורך של כתם (קווים מלאים וכחולים ירוקים מנוקדים) של כלל אירוע סטטי 5 קאב ו150 eV Ar + יון קורות נגד מכתשיהם (זית פתוחה חוגים ויהלומי טורקיז פתוח) מתקבלים על ידי 100 × 100 פיקסלים סריקת סריקה דיגיטלית של אותה אלומת יונים על פני השטח של Cu (110) גביש יחיד. העקומה המקבילה לחופף הקורה סטטיים שפת המכתש 1 כדי להדגים כיצד סריקת הסריקה של אלומת היונים יוצרת מכתש בגמגום דepth פרופיל. 5. משטח שטוח - אפיון אבלציה ליזר מהירים אבלציה ליזר מהירים מוכרת כשיטה להסרת חומר ממוצק תוך מזעור אזור החום השפיע. 10 תהליך זה מאפשר micromachining שיעור גבוה עם יחס היבט גבוה וניזק מינימאלי (פיצוח, חמצון) לחומר שנותר, ופותח את האפשרות של אבלציה היעילה של חומרים שקופים. 11 לאחרונה, פתח עניין בשימוש באבלציה ultrafast ככלי אנליטי. 12-15 הליניאריות הגבוהה של תהליך אבלציה מספקת גם אמצעי להקטנת גודל נקודת ablated נמוך משמעותי מגודל הנקודה המוקרן ( כהגדרתו בדרך כלל על ידי 1 / e 2) ואפילו מתחת לגבול ההשתברות, כפי שהדגים כאן. רזולוצית עומק 16, ואילו לא תחרותי עם השיטות הטובות ביותר קורה היון, עשוי להיות &lt;20 ננומטר. שיעורים להסרה בקלות יכולים להיות מוגבריםnonlinearly ידי הגדלת fluence הליזר, כך שהפרופיל מאוד מהיר באמצעות מיקרון של חומר אפשרי. באופן אידיאלי, אפיון הסרת חומר על ידי אבלציה ultrafast דורש טכניקה כי הוא מהיר וכמותית ומכויל היטב, את כל המאפיינים שממלאים WLI. איור 9 מראה תמונות pseudocolor של שני מכתשים שנוצרו על ידי שכנות אבלציה החוזרת והנשנית של GaAs עם קרן ליזר הממוקדת לנקודה בגודל של מיקרומטר ≈ 8 ויש fluences מקביל ל -0.4 ו -1.0 J / 2 סנטימטר. Ultrafast (60 FS, 800 ננומטר) 6. משטחים מעוגלים - ניתוח בלאי מכאני ניתוח נפח של משטח רגיל מעוגל (כדור או צילינדר) דומה לזה של דירה, אבל דורש הסרת עיקול. הפרוטוקול הבא מציג ניתוח של צלקת שחיקה עגולה על כדור פלדה. כדי למצוא את אובדן נפח מכדור יש צורך לעשות עיבוד מתמטי כדי להפוך את כדור עםאזור שטוח למישור שטוח בכניסה, ואז למדוד את הנפח של הכניסה, כפי שנעשה בסעיף 3 על משטחים שטוחים. צלקת בלאי על כדור שבו תימדד קודם באמצעות טכניקה האוטומטית הפשוטה, ולאחר מכן עם טכניקת היסטוגרמה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 10 איור שמאלי מראה נוף איזומטרי של צלקת בלאי על כדור. בחר AOI שאינו כולל את הצלקת ללבוש, ולבחור את הכלי המתאים עקומת התוכנה שיהפוך את פני השטח, כך שהוא דיכאון שחוק באמצע אזור שטוח באין מפריע. בגלל הסרת עקמת עשויה להיות איטראטיבית ייתכן שיהיה צורך להפעיל את הכושר כמה פעמים, כך שהשטח באין המפריע הוא שטוח לדיוק ברמה ננומטר. כל מחוץ הלא אחידות גלויה של צלקת הבלאי מצביע על בעיה והחישוב לא יהיה נכון. הגדר את הגובה הממוצע מחוץ לצלקת Z = 0. איור 10 ימין מראה נוף pseudocolor של הצלקת לאחר הסרת עיקול והגדרת Z = 0 עם AOI כראוימיסוך האזור השחוק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכלי המדידה, אם היא זמינה, כדי לנתח את הבלאי, כפי שמוצג באיור 11. נפח כולל הוא ללבוש &quot;נפח חומר&quot; יורד מ&quot; הנפח המבוטל &quot;. </li></ol> השלבים הבאים מתארים שיטה חלופית למדידת נפח בלאי. <ol start="3" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באותו אופן כצעד 3.3, ללא מרחב AOI כך שהצלקת ללבוש כלולה. צור היסטוגרמה של הנתונים. סמן מקום אחד בZ = 0 העמדה (12 שמאל איור). אזורי untinted הכתומים באיור 12 ימין נמצאים מתחת לפני השטח. פונקצית ההיסטוגרמה צריכה ליצור מספר &quot;נפח חלל&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש באותה היסטוגרמה, הצב את הסמן השני והפעם בZ = 0 עמדת הגובה (משמאל איור 13), והשני בקצה השני. אזורי untinted הכתומים באיור 13 ימין נמצאים מעל פני השטח. פונקצית ההיסטוגרמה צריכה ליצור מספר &quot;נפח חומר&quot;. סך הכלנפח הוא ללבוש &quot;נפח חומר&quot; מעל למישור נגרע מ&quot; נפח החלל &quot;, כמו בשלב 3.2. שיטת היסטוגרמה צריכה לחשב את אותו נפח ללבוש כמו בשלב 6.2, אבל זה מספק פרטים נוספים אודות ההפצה של חומר עולה ויורד, ומראה מפה של ההתפלגות של אזור זה. </li></ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

דוגמה 1 WLI לא נעשה שימוש נרחב לאפיון פני שטח בעבודת tribological, אך הוא למעשה שיטה חזקה למדידת כמותית של כרכים ללבוש לגיאומטריות מגע רבות. WLI מייצר ייצוג 3D מלא של פני השטח שניתן לנתח באמצעות כל אחת ממספר חבילות תוכנת הדמיה. חבילות אלה מאפש?...

פני השטח של חומרים מוצקים קובעים בנכסים רבים היקף של ריבית עבור החומרים האלה: באופן אלקטרוני, מבחינה המבניות, וכימיה. בתחומים רבים של מחקר, תוספת של חומר (למשל בתצהיר, סרט דק על ידי פעם ליזר / מקרטע בתצהיר magnetron, פיזי / שיקוע כימי), הסרת החומר (תחריט תגובתי יון, יון מקרטע, אבלציה ליזר וכו &#39;), או כמה תהליכים אחרים, צריכים להיות מאופיינים. בנוסף, שינוי פני שטח באמצעות אינטראקציה עם הבזקי אור אנרגטיים או חלקיקים טעונים יש יישומים רבים והנו בעל עניין מהותי. שחיקה, חקר החיכוך והשחיקה, היא אזור אחר של עניין. בסולם benchtop, שפע של גיאומטריות בדיקת tribological קיים. גיאומטריות מגע ללא conformal עשויים לשמש, וכדור או גליל עשוי להיות החליק או הסתובב נגד משטח שטוח, כדור אחר, או גליל, לאורכו של זמן, וכמות החומר שהוסרה היאasured. בגלל צלקת השחיקה היא תלת ממדי ולא סדיר בטבע, profilometry האופטי עשוי להיות הטכניקה המתאימה לקבלת מדידות נפח ללבוש מדויקות בלבד. משימות ניתוח נפוצות כוללות גם פרמטרי משטח חספוס, גובה צעד, אובדן נפח חומר, עומק תעלה, וכן הלאה; כולם ניתן להשיג בנוסף להדמית טופוגרפית 2D and 3D פשוט. profilometry האופטי מתייחס לכל שיטה אופטית המשמשת לשחזר את הפרופיל של משטחים. שיטות Profilometric כוללות interferometric הלבנה אור, ליזר או שיטות confocal. כמה profilometers האופטי להשיג מידע באמצעות גישות המבוססות על יעדי מיקרוסקופ העקיף מוגבלים קונבנציונליים. לדוגמה, סריקת ליזר עשוי להיות משולב עם מיקרוסקופ כדי להשיג מידע טופוגרפי וצבע אמיתי של משטחים. שיטה שנייה משתמשת בטכניקה המנצלת את העומק הקטן ביותר של מוקד יעדים קונבנציונליים להרכיב סריes של בפוקוס &quot;פרוסות&quot; תמונה של פני השטח כדי להשיג מפה טופוגרפית 3D. בעבודה זו אנו מראים כיצד / profilometer מיקרוסקופ interferometric אור לבן מאפשר המדידה של כמות החומר שאבדה במהלך תהליכי בלאי מכאניים, או במהלך תהליכי איכול חומר כגון מכתשי יון מקרטעת או אבלציה ליזר. רוב תשומת הלב למתודולוגיה של שיטה זו כדי להמחיש ההספק המותקן הגדול שלה שהופך אותו לזמין באופן נרחב ואטרקטיביים עבור יישומים רבים. רוב סוגי WLI להעסיק את טכניקת Mirau, אשר משתמשת במראה פנימית למטרת מיקרוסקופ כדי לגרום להפרעות בין אור אות הפניה והאור המוחזר ממשטח המדגם. הבחירה של Mirau interferometry מוכתבת על ידי נוחות פשוט, כי ניתן להתאים את interferometer Mirau כל בתוך עדשת המיקרוסקופ האובייקטיבי ומצמיד למיקרוסקופ אופטי רגיל (איור 1). סדרה בין שני ממדיםferograms נרכשים במצלמת וידאו, ותוכנת מרכיבת מפה טופוגרפית 3D. מקור האור הלבן מספק תאורת ספקטרום רחבה שעוזרת להתגבר על העמימות &quot;שולים כדי&quot; הטבועה מקור מונוכרומטי. מקור מונוכרומטי אור עשוי לשמש כדי להשיג מדידה מדויקת יותר של תכונות טופוגרפיות רדודות. רזולוצית הרוחב מוגבלת מיסודה לλ / 2 (צמצם מספרי, NA = 1), אבל ברוב המקרים היא גדול יותר, שנקבע על ידי NA של המטרה, שהוא בתורו מחובר להגדלה / גודל שדה של נוף. טבלת 1 במס. 1 יש השוואה ישירה של כל הפרמטרים שהוזכרו. גישות עומק ברזולוציה ≈ 1 ננומטר, להיות פונקציה של טבע interferometric של הטכניקה. מידע נוסף על Mirau WLI ניתן למצוא בשופטים. 2, 3. מבוא על גישת interferometric אור לבן ניתן למצוא במס. 4. שיטות אחרות לניתוח של משטחים הן forc האטומימיקרוסקופיה האלקטרונית (AFM), מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקים (SEM), וprofilometry חרט. טכניקת WLI משווה לטובה ולשיטות אלה יש יתרונות משלה ואת חסרונות שבשל האופי האופטי של השיטה. AFM הוא מסוגל לחלץ תמונות 3D וחתכים ובכך מתאימים, אבל AFM יש יכולת סריקה מוגבלת ברוחב (&lt;100 מיקרומטר) ועומק (&lt;10 מיקרומטר) צירים. בניגוד לאלה, היתרון העיקרי של WLI הוא גמיש התחום של הנוף (FOV) של עד כמה מילימטרים עם יכולת הדמיה סימולטנית אמיתית 3D. בנוסף, כפי שנדגים אותו יש יכולת סריקה אנכית מגוון רחבה, המאפשר אחד כדי לפתור מגוון של בעיות של שינוי פני שטח פשוט. חוקרים שעבדו עם AFM מודעים לבעיה עם מיקום של מטוס מדגם עת מדידת תכונות ממושכות של גרדיאנטים אנכיים נמוכים. באופן כללי, שאפשר לחשוב על WLI / OP כטכניקה &quot;מפורשת&quot; על AFM. כמובן, ישמספר האזורים שבם רק AFM המתאים: כאשר תכונות רוחביות להיפתר בעלי ממדים קטנים יותר אופייניים הרזולוציה הרוחבית של WLI, או מקרים שבם נתונים מWLI הם דו משמעיים בשל תכונות אופטיות לא ידועות או מורכבות של מדגם באופן ש משפיע על הדיוק של מדידות (שיידון בהמשך), וכו &#39; SEM הוא דרך רבה עצמה כדי להסתכל על משטחים, להיות גמישים מאוד במונחים של גודל FOV עם עומק גדול של פוקוס, גדול יותר מכל מיקרוסקופ אופטי קונבנציונלי יכול להציע. במקביל, הדמית 3D על ידי SEM היא מסורבלת, במיוחד כפי שהוא דורש לקיחת תמונות סטריאו-זוג שאז מומרים לתמונות 3D בשיטת anaglyphic, או דרך התבוננות עם צופים אופטיים, או משמשות לחישוב ישיר של עומקים שונים בין נקודתי העניין במדגם. 5 לעומת זאת, profilometry WLI / OP מציעות קל לשימוש, שיקום 3D עם FOV זמנית גמיש. WLI סורק מלאטווח גובה דרוש למדגם המסוים (מננומטרים עד מאה מיקרונים). WLI לא מושפע ממוליכות החשמלית של החומר המדגם, שעלולה להיות בעיה עם SEM. WLI בבירור אינו דורש ואקום. מצד שני יש מספר היישומים שמספק מידע SEM מעולה: תכונות רוחביות להיפתר מממדים אופייניים מתחת לרזולוציה הרוחבית של WLI, או במקרים שבו חלקים שונים של מדגם ניתן להבחין טופוגרפיים רק כאשר מקדמי פליטת אלקטרונים משניים שונה. יותר טכניקה אחת לבדיקת פני שטח, אשר נמצא בשימוש נרחב ב6 היון ספקטרומטריית מסה והמשנית בתחום אפיון מערכות microelectromechanical 7 היא החרט profilometry. טכניקה זו היא פופולרית בגלל הפשטות והחוסן שלה. הוא מבוסס על סריקת קשר מכאנית ישירה של קצה מחט על פני שטח המדגם. זה הוא כלי ליצירת קשר גס, שהוא מסוגל לסרוק לאורך שורה אחת בכל פעם. זה גורם משטח 3D סריקת סריקת הדמיה מאוד זמן רב. חסרון נוסף של טכניקת החרט הוא הקושי במדידת תכונות פני שטח של יחס גובה גבוה וגודל דומה לגודלו האופייני הקצה (submicron לכמה מיקרונים בדרך כלל) שמרמז על רדיוס עצה וזווית קודקוד קצה. יתרון של החרט profilometry הוא חוסר הרגישות שלו לשינוי תכונות אופטיות של מדגם, אשר יכול להשפיע על הדיוק של מדידות WLI / OP (שיידון בהמשך). מפות השטח במאמר הנוכחי התקבלו באמצעות קונבנציונלי Mirau סוג WLI (איור 1). חברות רבות כגון Zygo, KLA-Tencor, הנני, Zemetrics, Nanovea, FRT, Keyence, ברוקר, וטיילור הובסון לייצר מכשירי OP טבלה עליונה מסחריים. את המפות שנרכשו שוחזרו ועובדו באמצעות תוכנה מסחרית מהסוג שמשמשת בדרך כלל לWLI, סריקת אלקטרונים, oמיקרוסקופיה r חללית. התוכנה יש את היכולת לבצע מניפולציות מתמטיות של פני השטח, לחצות מקטע פרופיל ניתוח, חלל וחישובי נפח מהותי, ותיקון מטוס. חבילות תוכנה אחרות עשויות להפוך חלק מהתכונות הללו.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> גביש יחידים מצעים של Si, GaAs וCu </td><td></td><td></td><td> למקרטע ואבלציה </td></tr><tr><td> סגסוגות מתכת טהורות </td><td></td><td></td><td> לדוגמאות Tribology </td></tr></tbody></table>

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

במדע והנדסת חומרים הוא לעתים קרובות הכרחי כדי להשיג מדידות כמותיות של טופוגרפית משטח עם רזולוצית רוחב מיקרומטר. מהמשטח הנמדד, מפות טופוגרפיות 3D ניתן לנתח לאחר מכן באמצעות מגוון של חבילות תוכנה כדי לחלץ את המידע שצריך. במאמר זה יתאר כיצד interferometry אור לבן, וprofilometry האופטי (OP) באופן כללי, בשילוב עם תוכנת ניתוח שטח כללית, ניתן להשתמש בו למדע חומרים ומשימות הנדסיות. במאמר זה, מספר היישומים של interferometry אור הלבן לחקירה של שינויים בשטח ספקטרומטריית מסה, וללבוש את התופעות בשחיקה ושימון הם הפגינו. אנו מאפיינים את המוצרים של האינטראקציה של מוליכים למחצה ומתכות עם יונים אנרגטיים (מקרטעת), והקרנת ליזר (אבלציה), כמו גם באתרו לשעבר מדידות של שחיקה של דגימות בדיקת tribological. </p&gt; באופן ספציפי, נדונו: <ol class="lroman" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> היבטים של ספקטרומטריית מסורתית יון המקרטע מבוססת המונית כגון שיעורים מקרטעת / מדידות תשואת סי וCu ולאחר מכן המרת זמן לעומק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תוצאות של אפיון כמותי של האינטראקציה של הקרנת ליזר femtosecond עם משטח מוליכים למחצה. תוצאות אלו הן חשובות עבור יישומים כגון ספקטרומטריית מסות אבלציה, שם ניתן ללמוד הכמויות של חומר התאדה ונשלטו באמצעות משך ואנרגית דופק לדופק. לכן, על ידי קביעת גיאומטרית המכתש ניתן להגדיר רזולוצית עומק ורוחב לעומת תנאי התקנה ניסיוניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידות של פרמטרי חספוס פני שטח בשני ממדים, ומדידות כמותיות של שחיקת המשטח המתרחשים כתוצאה מחיכוך ושחיקת בדיקות. </li></ol> כמה חסרונות טמונים, חפצים אפשריים, חוסר ודאות והערכות של האור הלבןגישת interferometry תידון והסבירה.

<html><img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/50260/50260fig1.jpg" /> האיור 1 תצלום של profilometer פשוט השתמש במחקר הנוכחי:. צריח אובייקטיבי מרובה הוא רואה בתמונה. שתי מטרות הן סטנדרטיות (10x ו 50x), והשניים הם מטרות Mirau (10x ו 50x). המיקרוסקופ הזה יש תכונת הגדלת ביניים...

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

interferometry מיקרוסקופ אור הלבן הוא אופטי, ללא מגע ומהיר שיטה למדידת הטופוגרפיה של משטחים. הוא הראה כיצד ניתן ליישם השיטה לניתוח בלאי מכאני, שבו ילבש צלקות על דגימות בדיקת tribological מנותחות, ובמדע חומרים כדי לקבוע נפחים ועומקי אבלציה ליזר אלומת יונים מקרטעים או.

אפיון של פני שטח על ידי שינויי Interferometry אור הלבן: יישומים ביון יורקת, אבלציה ליזר, וניסויי Tribology

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. interferometry מיקרוסקופ אור הלבן הוא אופטי, ללא מגע ומהיר שיטה למדידת הטופוגרפיה של משטחים. הוא הראה כיצד ניתן ליישם השיטה לניתוח בלאי מכאני, שבו ילבש צלקות על דגימות בדיקת tribological מנותחות, ובמדע חומרים כדי לקבוע נפחים ועומקי אבלציה ליזר אלומת יונים מקרטעים או.

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).

ייצור ואפיון של מנחי גלים פוטוניים Crystal להאט את האור וחללים

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

אפיון של חומרי אלקטרודה לסוללות ליתיום יון ויון נתרן באמצעות טכניקות Synchrotron קרינה

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.

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

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.

עדשה-פחות קומפקטי מיקרוסקופ הולוגרפי הדיגיטלי פיקוח MEMS ואפיון

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.

ייצור הדפסת תאים סולריים heterojunction הגורף<em&gt; באתרו</em&gt; אפיון מורפולוגיה

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.

המצאה של אור לבן פולטות תאים אלקטרוכימיים עם פליטה יציבה מ 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.

ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

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.

שיטות נסיוניות שמחייב יונים באמצעות Microfabricated על פני השטח מלכודות יונים

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.

ייצור ואפיון של ואקום שהופקדו דיודות פולטות אור אורגני

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.

בעיצוב של משרעת ושלב של קרני לייזר על-ידי שימוש של פאזה בלבד מאפנן אור מרחבי

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