Il campione irradiato GaAs sono state fornite dal Cui Yang della University of Illinois di Chicago. Questo lavoro è stato finanziato nell&#39;ambito del contratto n ° DE-AC02-06CH11357 tra UChicago Argonne, LLC e il Dipartimento dell&#39;Energia degli Stati Uniti e dalla NASA tramite sovvenzioni e NNH08AH761 NNH08ZDA001N, e l&#39;Ufficio di tecnologie per i veicoli del Dipartimento dell&#39;Energia degli Stati Uniti sotto contratto DE-AC02 -06CH11357. La microscopia elettronica è stata realizzata presso il Centro di Microscopia Elettronica per la Ricerca dei Materiali presso Argonne National Laboratory, un US Department of Energy Office of Science di laboratorio, gestito nell&#39;ambito del contratto DE-AC02-06CH11357 da UChicago Argonne, LLC.

1. Allineamento Hardware Generale WLI Scan Per ottenere informazioni quantitative attraverso WLI, le seguenti operazioni possono servire come linea guida. Si presume che l&#39;operatore ha conoscenza di base del funzionamento dell&#39;interferometro. Le linee guida sono comuni a prescindere dallo strumento specifico. Per alcune indagini, il campione sarà piatta. Per altri, il campione può essere curvato. <ol><li> Mettere il campione sul palco con la funzione (ione atomizzate cratere, un fascio ionico / spot ablato, o indossare cicatrice) rivolto verso l&#39;alto. Utilizzare un basso ingrandimento obiettivo e mettere a fuoco lo strumento su di esso. Per ottenere la migliore risoluzione di una immagine in cui l&#39;oggetto di interesse riempie gran parte dello schermo, vedere la Figura 2 per un esempio di una palla. </li><li> Regolare la posizione verticale del campione in modo che frange di interferenza appaiono vicino alla caratteristica di interesse. Per una superficie piana, è auspicabile che il campione è inclinato in modo tale che il piano è perpendicular all&#39;asse ottico, cioè la spaziatura frangia sarà grande. Per una superficie curva (ad esempio una sfera), il campione deve essere orientato in modo che frange in posizione centrale attorno alla caratteristica, come in figura 3. </li><li> Ottenere una scansione secondo le istruzioni dello strumento. Potrebbe essere necessario regolare l&#39;altezza di illuminazione o di scansione in modo da ottenere la migliore mappa topografica. Riempire eventuali dati errati o mancanti utilizzando la funzione di interpolazione, e quindi salvare la mappa topografica. </li></ol> 2. Utilizzo del software di analisi Volume generico In tribologia, spesso impiegano macchine di prova non-conformi geometrie contatto di prova come una sfera o un cilindro che viene fatto scorrere o ruotare contro un cilindro piatto o altro. Tipicamente, il materiale è perso nel punto di contatto di scorrimento, anche se a volte può trasferire materiale da una superficie all&#39;altra, e questo &quot;strato di trasferimento&quot; sarà misurata come un surplus di materiale sullae dei campioni contatto. Perché la cicatrice usura è tridimensionale e irregolare in natura, profilometria ottica può essere l&#39;unica tecnica adatta per ottenere accurate misurazioni di volume di usura - approssimazioni non sono validi. L&#39;obiettivo è quello di misurare le piccole quantità di materiale che possono essere persi (o acquisita) nella regione di contatto al completamento di un test. Il principio di base della misurazione è quello di definire un piano di matematica a livello della superficie indisturbata: software di analisi superficie assume che vi sia una &quot;superficie solida&quot; (livello zero), qualunque sia sopra di questo livello è &quot;vuoto&quot;. La funzione di analisi che misura il volume integrato rimosso sotto del piano della &quot;superficie solida&quot; verrà indicato come &quot;volume vuoto&quot;. La funzione che misura il volume integrato di sopra del piano della &quot;superficie solida&quot; (ad esempio, un accumulo di detriti) sarà chiamato il &quot;volume di materiale.&quot; Reali superfici indisturbati are raramente perfettamente liscia e piana. Per una maggiore precisione nella misurazione caratteristiche di piccole dimensioni è buona per definire un&#39;area di interesse (AOI), l&#39;area al di fuori della quale è escluso dall&#39;analisi. L&#39;AOI viene utilizzato per limitare il campo di misurazione perché irregolarità nella superficie contribuiscono volume supplementare ai calcoli che non è veramente dalla zona disturbata. 3. Appartamento di superficie - Analisi usura meccanica <ol><li> Analisi del volume di una superficie piana con una cicatrice trincea o depressione, se generato da usura meccanica, un fascio ionico sputtering, o ablazione laser, è facile da eseguire. Ottenere un&#39;immagine come figura 4 a sinistra che mostra una cicatrice meccanica su una superficie in acciaio lucido. Selezionare un AOI che esclude la depressione e quindi utilizzare qualsiasi inclinazione e / o la funzione di rimozione curvatura è disponibile per livellare la superficie di massima planarità indisturbato. Quindi utilizzare il software per impostare l&#39;altezza media della superficie a Z =0. Figura 4 è una vista pseudocolore destra di una cicatrice su una superficie piana dopo questi passaggi. In questa visione gli esclusi &quot;volume vuoto&quot; si colora di rosso. In questo schema di colori, il marrone scuro indica le zone basse, mentre arancione denota zone alte. </li><li> Eliminare il AOI. Se il software dispone di una funzione di misurazione automatizzata dei volumi, inserire una regione di misura sulla cicatrice. In questo software, la funzione di misura conteremo il &quot;vuoto e il volume di materiale&quot; indicata con tinta blu nella Figura 5. Usura totale è &quot;volume materiale&quot; al di sopra del piano sottratto dal &quot;volume di vuoto.&quot; Questa è la variazione di volume della superficie disturbata. (Per il software che non dispone di questa funzione, ma ha un istogramma, o di visualizzare in modo chiaro quali aree sono sollevate sopra la superficie o sono al di sotto della superficie, saltare il punto 3.2 e passare al punto 3.3.) </li></ol> I tre passaggi seguenti descrivono un metodo alternativo per misurare il volume di usura. <ol start="3"><li> Invertire la AOIdal punto 3.1 per consentire alla regione cicatrice da analizzare (la cicatrice è incluso ora). </li><li> Generare un istogramma dei dati. L&#39;istogramma è un grafico di altezza verticale in ascissa contro la frequenza di occorrenza sull&#39;ordinata. Posizionare un cursore alla Z = posizione 0 (Figura 6 a sinistra). Questo non può essere al massimo dell&#39;istogramma. In questa figura i cursori sono stati istituiti per analizzare selettivamente solo il materiale mancante di sotto del piano. Il software integra il volume totale tra i due cursori. La zona rossa colorata mostra ciò che viene omesso. Le aree arancioni Untinted destra in Figura 6 sono sotto la superficie. La funzione istogramma dovrebbe generare un &quot;volume vuoto&quot; numero con i cursori posizionati come mostrato per misurare la perdita di materiale dalla superficie. </li><li> Utilizzando l&#39;istogramma stesso, posizionare il cursore altra questa volta alla Z = 0 posizione di altezza (figura 7 a sinistra), e l&#39;altro dalla parte opposta. Le zone arancioni incolore a <strong&gt; Figura 7 a destra sono al di sopra della superficie. La funzione istogramma dovrebbe generare un &quot;volume di materiale&quot; numero, il materiale in eccesso cioè sollevata sopra la superficie piana. Usura totale è &quot;volume di materiale&quot; sottratto &quot;volume vuoto,&quot; lo stesso come nella fase 3.2. Il metodo istogramma dovrebbe dare lo stesso volume di usura come al punto 3.2, ma fornisce ulteriori dettagli sulla distribuzione del materiale sollevato ed abbassato, e mostra una mappa della distribuzione di questa zona. </li></ol> Nell&#39;esempio sopra non c&#39;è materiale netta perdita dalla cicatrice usura, invece c&#39;è guadagno materiale. Questo è insolito, ma a volte si verifica quando il materiale passa da un controfaccia di prova ad un altro. Gli stessi &quot;flat superficie caratterizzazione&quot; approcci sono utili per ottenere volumi rimossi in esperimenti con ion sputtering e ablazione laser, considerato negli esempi che seguono. 4. Appartamento di superficie - Crateri e Ion Beam ProMisure file da Stima Yield Sputtering, e per l&#39;esecuzione di time-to-profondità di calibrazione Come alternativa al metodo noto e ampiamente utilizzato per stimare rendimenti sputtering usando perdita di massa metodo, in base al peso diretto o quarzo equilibrio microcristalli, 8, 9 si trova che il metodo WLI è utile per la visualizzazione diretta del atomizzate punti di fasci di ioni / crateri ottenuti per sputtering statico / raster di scansione di un fascio di ioni. figura 8 confronta longitudinali sezioni trasversali di un punto (linee continue verdi e blu tratteggiate) di un normale incidente statico 5 keV e 150 eV Ar + fasci di ioni contro i loro crateri (di oliva aperto cerchi e ciano diamanti aperti) ottenuta con 100 × 100 pixel scansione raster digitale del fascio di ioni stessa sulla superficie di un Cu (110) cristallo singolo. La curva corrispondente alle sovrapposizioni fascio statici un bordo del cratere per dimostrare come raster scansione del fascio di ioni genera il cratere durante sputter depth profiling. 5. Superficie piana - Caratterizzazione di ablazione laser ultraveloce Ultrafast ablazione laser è riconosciuta come un metodo per la rimozione di materiale da un solido, riducendo al minimo la zona termicamente alterata. 10 Questo processo consente micromachining alta velocità con proporzioni elevate e danni minima (cracking, ossidazione) per il materiale rimanente, e apre la possibilità di ablazione efficiente di materiali trasparenti. 11 Più recentemente, l&#39;interesse si è sviluppato in ablazione ultraveloce utilizzando come strumento analitico. 12-15 La non linearità elevata del processo di ablazione fornisce anche un mezzo per ridurre la dimensione ablato posto significativamente inferiore alla dimensione di spot irradiati ( come tipicamente definita da 1 / e 2) e anche al di sotto del limite di diffrazione, come è stato dimostrato. 16 Profondità risoluzione, mentre non competitivo con i migliori metodi fasci ionici, può essere &lt;20 nm. Tassi di rimozione può essere facilmente aumentatonon linearmente aumentando la fluenza laser, in modo che profili molto rapida attraverso micron di materiale è possibile. Idealmente, la caratterizzazione di rimozione del materiale mediante ablazione ultraveloce richiede una tecnica che è veloce e quantitativa e ben calibrata, tutte le caratteristiche soddisfatte dai WLI. La figura 9 mostra immagini pseudocolori di due crateri vicini formate da ablazione ripetitiva di GaAs con ultraveloce (60 fs, 800 nm) del fascio laser focalizzato a una dimensione del punto di ≈ 8 micron e avente fluenze corrispondenti a 0,4 e 1,0 J / cm 2. 6. Superfici curve - Analisi usura meccanica Analisi del volume di una superficie curva regolare (sfera o cilindro) è simile a quella di un piatto, ma richiede la rimozione curvatura. Il protocollo che segue mostra l&#39;analisi di una cicatrice usura circolare su una sfera di acciaio. Per trovare il volume perso da una palla, è necessario eseguire l&#39;elaborazione matematica per trasformare una palla con unsuperficie piatta in un piano piatto con una rientranza, quindi misurare il volume della rientranza come è stato fatto nella Sezione 3 su superfici piane. Una cicatrice usura su una palla saranno misurati, prima con la tecnica più semplice automatico, poi con la tecnica istogramma. <ol><li> Figura 10 sinistra mostra una vista isometrica di una cicatrice usura su una palla. Selezionare un AOI che esclude la cicatrice di usura, e selezionare lo strumento curva di interpolazione software che trasformerà la superficie in modo che si tratta di una depressione consumato nel bel mezzo di una zona indisturbata piana. Poiché rimozione curvatura può essere una tecnica iterativa può essere necessario eseguire le volte fit diverse in modo che l&#39;area è piatta indisturbata a Nm livello di precisione. Qualsiasi visibile non uniformità al di fuori della cicatrice usura indica un problema e il calcolo non sarà corretta. Impostare l&#39;altezza media fuori della cicatrice a Z = 0. Figura 10 mostra una vista destra pseudocolore della cicatrice dopo la rimozione curvatura e impostazione Z = 0 con un AOI correttamentemascherare la zona usurata. </li><li> Utilizzare lo strumento di misura, se disponibile, per analizzare l&#39;usura, come mostrato in Figura 11. Volume di usura totale è &quot;volume materiale&quot; sottratto dal &quot;volume di vuoto.&quot; </li></ol> Di seguito viene descritto un metodo alternativo per la misurazione del volume di usura. <ol start="3"><li> Nella stessa maniera passo 3,3, capovolgere la AOI modo che la cicatrice usura è inclusa. Generare un istogramma dei dati. Posizionare un cursore alla Z = posizione 0 (Figura 12 a sinistra). Le aree arancioni Untinted destra in Figura 12 sono sotto la superficie. La funzione istogramma dovrebbe generare un &quot;volume di vuoto&quot; numero. </li><li> Utilizzando l&#39;istogramma stesso, posizionare il cursore altra questa volta alla Z = 0 posizione di altezza (figura 13 a sinistra), e l&#39;altro dalla parte opposta. Le zone arancioni incolore in Figura 13 a destra sono al di sopra della superficie. La funzione istogramma dovrebbe generare un &quot;volume di materiale&quot; numero. Totaleusura volume è &quot;volume materiale&quot; rispetto al piano sottratto dal &quot;volume di vuoto,&quot; lo stesso come nella fase 3.2. Il metodo istogramma dovrebbe calcolare lo stesso volume di usura come al punto 6.2, ma fornisce ulteriori dettagli sulla distribuzione del materiale sollevato ed abbassato, e mostra una mappa della distribuzione di questa zona. </li></ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Esempio 1 WLI non è ampiamente utilizzato per la caratterizzazione della superficie in lavoro tribologiche, ma è in realtà un potente metodo per la misurazione quantitativa di volumi di usura per contatto geometrie molti. WLI produce una rappresentazione completa 3D della superficie che può essere analizzata utilizzando qualsiasi di diversi pacchetti software di visualizzazione. Questi pacchetti permettono vari tipi di misurazioni da effettuare. Per una maggiore risoluzione laterale, le imm...

La superficie di materiali solidi determina in larga misura le proprietà di interesse per quei materiali: elettronica, strutturalmente e chimicamente. In molti settori della ricerca, l&#39;aggiunta di materiale (per esempio, deposizione di film sottili da impulsi laser / magnetron sputtering deposizione, fisico / chimiche deposizione di vapore), rimozione di materiale (Reactive Ion Etching, ion sputtering, ablazione laser, ecc), o alcuni altri processi, devono essere caratterizzati. Inoltre, modifica di superficie attraverso l&#39;interazione con impulsi di luce o di particelle cariche energetiche ha numerose applicazioni ed è di interesse fondamentale. Tribologia, lo studio di attrito e usura, è un altro settore di interesse. Su una scala da banco, una moltitudine di geometrie esistono prove tribologiche. Non-conformi geometrie contatti possono essere utilizzati, e una sfera o cilindro può essere fatto scorrere o ruotare contro una superficie piana, un altro pallone, o cilindro, per un periodo di tempo, e la quantità di materiale che viene rimosso measured. Perché la cicatrice usura è tridimensionale e irregolare in natura, profilometria ottica può essere l&#39;unica tecnica adatta per ottenere accurate misurazioni di volume di usura. Attività di analisi comuni includono anche parametri di rugosità di superficie, altezza passo, perdita di volume del materiale, profondità trincea, e così via, tutti possono ottenere in aggiunta alla semplice visualizzazione topografia 2D e 3D. Profilometria ottica si riferisce a qualsiasi metodo ottico utilizzato per ricostruire il profilo delle superfici. Metodi profilometrica includono interferometrica luce bianca, laser, o metodi confocale. Alcuni profilometri ottici ottenere informazioni attraverso approcci tradizionali basati su diffrazione limitata obiettivi microscopio. Per esempio, un laser di scansione può essere integrato con un microscopio per ottenere informazioni sul colore topografico e vero superfici. Un secondo metodo utilizza una tecnica che sfrutta la profondità estremamente piccola di focalizzazione di obiettivi convenzionali per assemblare un serioes di messa a fuoco &quot;fette&quot; di immagini della superficie per ottenere una mappa 3D topografica. In questo lavoro si mostra come una luce bianca microscopio interferometrico / profilometro consente la misurazione della quantità di materiale perso durante i processi di usura meccanica, o durante processi materiali etching come ioni crateri sputtering o ablazione laser. La maggior attenzione è rivolta alla metodologia di questo metodo per illustrare la sua grande capacità installata che lo rende ampiamente disponibile e attraente per numerose applicazioni. La maggior parte dei tipi di WLI impiegare la tecnica Mirau, che utilizza uno specchio interno al microscopio obiettivo di provocare interferenza tra un segnale luminoso di riferimento e la luce riflessa dalla superficie del campione. La scelta di Mirau interferometria è dettata dalla semplice convenienza, perché l&#39;interferometro intera Mirau può essere adattarsi all&#39;interno della lente obiettivo microscopio e accoppiato ad un microscopio ottico normale (Figura 1). Una serie di bidimensionale traferograms sono acquisite con una videocamera, e il software assembla una mappa 3D topografica. La sorgente di luce bianca fornisce l&#39;illuminazione ad ampio spettro che aiuta a superare l &#39;&quot;ordine di frangia&quot; ambiguità intrinseca di una sorgente monocromatica. Una sorgente di luce monocromatica può essere utilizzato per ottenere una misurazione più accurata delle caratteristiche topografiche superficiali. La risoluzione laterale è fondamentalmente limitata a λ / 2 (apertura numerica NA = 1), ma nella maggior parte dei casi è maggiore, essendo determinata dalla NA dell&#39;obiettivo, che è a sua volta collegato ad ingrandimento / campo di vista dimensioni. Tabella 1 in rif. 1 ha un confronto diretto di tutti i parametri menzionati. Approcci risoluzione in profondità ≈ 1 nm, essendo funzione della natura della tecnica interferometrica. Ulteriori informazioni su Mirau WLI può essere trovato in Refs. 2, 3. Un&#39;introduzione su bianco approccio leggero interferometrica può essere trovato in rif. 4. Altri metodi per l&#39;analisi delle superfici sono atomiche force microscopia (AFM), microscopia elettronica a scansione (SEM), e profilometria stilo. La tecnica WLI paragonabile a questi metodi e ha i suoi vantaggi e svantaggi che dipendono dalla natura ottica del metodo. L&#39;AFM è in grado di ottenere immagini 3D e sezioni corrispondenti quindi, ma AFM ha una limitata capacità di scansione nelle laterali (&lt;100 micron) e profondità (&lt;10 micron) assi. A differenza di quelli, il vantaggio principale del WLI è flessibile campo di vista (FOV) di fino a pochi millimetri con simultanea reale capacità di imaging 3D. Inoltre, come dimostreremo ha ampia gamma di capacità di scansione verticale, permettendo di risolvere una varietà di problemi di modificazione superficiale semplicemente. I ricercatori che hanno lavorato con AFM sono consapevoli del problema di posizionamento del piano di un campione per misurare caratteristiche prolungati bassi gradienti verticali. In generale, si può pensare di WLI / OP come una tecnica di &quot;espresso&quot; su AFM. Naturalmente, ci sonouna serie di settori per i quali è adatto solo AFM: quando caratteristiche laterali da risolvere hanno dimensioni caratteristiche più piccole della risoluzione laterale WLI, o istanze dove i dati da WLI è ambigua a causa delle proprietà ottiche sconosciute o complesso di un campione in un modo che influisce sulla precisione delle misure (ne parliamo dopo), ecc Il SEM è un potente mezzo per guardare superfici, essendo molto flessibile in termini di dimensioni FOV con grande profondità di messa a fuoco, più grande di qualsiasi microscopio ottico convenzionale in grado di offrire. Allo stesso tempo, imaging 3D da SEM è ingombrante, in particolare perché richiede di prendere stereo-pair immagini che poi vengono convertiti in immagini 3D con il metodo anaglifico, o osservando con visori ottici, o utilizzati per il calcolo diretto di profondità tra diversi punti di interesse su un campione. 5, invece, WLI / OP profilometria offre facile da usare, la ricostruzione 3D con al tempo stesso flessibile FOV. WLI scansione attraverso la pienaCampo altezza necessaria per il particolare campione (da nanometri a centinaia di micron). WLI è influenzato dalla conducibilità elettrica del materiale campione, che può essere un problema con SEM. WLI chiaramente non richiede un vuoto. D&#39;altra parte ci sono una serie di applicazioni per cui SEM fornisce informazioni superior: caratteristiche laterali da risolvere di dimensioni caratteristiche sotto la risoluzione laterale WLI, o casi in cui le diverse parti di un campione può essere topograficamente distinte solo quando coefficienti di emissione di elettroni secondari differiscono. Una tecnica più per ispezione superficiale, che è ampiamente usato in spettrometria di massa di ioni secondari 6 e nel campo dei sistemi microelettromeccanici caratterizzazione 7 è profilometria stilo. Questa tecnica è molto popolare per la sua semplicità e robustezza. Esso si basa sulla scansione contatto meccanico diretto di una puntina sulla superficie del campione. Si tratta di uno strumento di contatto grossolana, Che è in grado di eseguire la scansione lungo una linea alla volta. Rende superficie 3D raster-scan immagini molto tempo. Un altro inconveniente della tecnica stilo è la difficoltà di misurare caratteristiche superficiali di alto allungamento e di dimensioni comparabili con la sua dimensione caratteristica punta (submicron a diversi micron tipicamente) che implica un raggio di punta e un angolo al vertice punta. Un vantaggio di stilo profilometria è la sua insensibilità alle diverse proprietà ottiche di un campione, che possono influire sulla precisione di WLI / OP misure (ne parliamo dopo). Le mappe di superficie nel presente articolo sono stati ottenuti utilizzando un convenzionale Mirau tipo WLI (Figura 1). Molte aziende, come Zygo, KLA-Tencor, nanoscienze, Zemetrics, Nanovea, FRT, Keyence, Bruker, e Taylor Hobson produrre commerciali strumenti OP da tavolo. Le mappe sono state ricostruite acquisiti ed elaborati tramite il software commerciale del tipo che viene comunemente utilizzato per WLI, scanning electron, or sonda microscopia. Il software ha la capacità di eseguire manipolazioni matematiche della superficie, attraversa profilo sezione di analisi, vuoto e il calcolo dei volumi di materiale, e la correzione aereo. Altri pacchetti software possono automatizzare alcune di queste caratteristiche.

<table border="1"><tbody><tr><td> Cristallo singolo substrati di Si, GaAs e Cu </td><td></td><td></td><td> per sputtering e ablazione </td></tr><tr><td> Leghe di metalli puri </td><td></td><td></td><td> per gli esempi tribologia </td></tr></tbody></table>

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

Nella scienza dei materiali e ingegneria è spesso necessario per ottenere misure quantitative di topografia superficiale con risoluzione micrometrica laterale. Dalla superficie misurata, 3D topografici possono essere successivamente analizzati utilizzando una varietà di pacchetti software per estrarre le informazioni necessarie. In questo articolo viene descritto come l&#39;interferometria a luce bianca, e profilometria ottica (OP) in generale, in combinazione con il software generico analisi di superficie, possono essere utilizzati per scienza dei materiali e attività di progettazione. In questo articolo, una serie di applicazioni di bianco interferometria luce per le indagini di modifiche di superficie in spettrometria di massa, e l&#39;usura dei fenomeni in tribologia e lubrificazione sono dimostrati. Abbiamo caratterizzano i prodotti dell&#39;interazione di semiconduttori e metalli con ioni energetici (sputtering), e irradiazione laser (ablazione), nonché ex situ di usura dei provini tribologiche. </p&gt; In particolare, si discuterà: <ol class="lroman"><li> Aspetti della tradizionale sputtering di ioni a base di spettrometria di massa come i tassi di sputtering / misurazioni rendimenti su Si e Cu e conseguente time-to-profondità di conversione. </li><li> Risultati della caratterizzazione quantitativa della interazione della radiazione laser a femtosecondi con una superficie del semiconduttore. Questi risultati sono importanti per applicazioni quali spettrometria di massa ablazione, dove le quantità di materiale evaporato può essere studiato e controllato tramite durata di impulso e di energia per impulso. Così, determinando la geometria cratere si può definire risoluzione in profondità e laterale contro condizioni di impostazione sperimentali. </li><li> Misure di parametri di rugosità superficiale in due dimensioni, e misurazioni quantitative della superficie di usura che si verificano a seguito di prove di attrito e usura. </li></ol> Alcuni svantaggi legati, artefatti possibili e le valutazioni incertezza della luce biancainterferometria approccio sarà discusso e spiegato.

<html><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/50260/50260fig1.jpg" /> Figura 1 Fotografia di un profilometro semplice usato nel presente studio:. Una torretta obiettivo più si vede nella foto. Due obiettivi sono standard (10x e 50x), e due sono obiettivi Mirau (10x e 50x). Questo microscopio dispone di una funzione intermedia di ingrandimento che consente di graduale moltiplicatori ingrandimento di 0,62, 1,00, 1,25, 2,00 o da selezionare. <...

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

Bianco interferometria microscopio ottico è un metodo ottico, senza contatto e rapido per misurare la topografia di superfici. È mostrato come il metodo può essere applicato verso analisi usura meccanica, dove indossare cicatrici su campioni di prova sono analizzati tribologiche e nella scienza dei materiali per determinare ion beam sputtering o volumi di ablazione laser e profondità.

Caratterizzazione delle modificazioni superficiali di White Interferometria Luce: Applicazioni in Ion Sputtering, ablazione laser, ed esperimenti Tribologia

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

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15.5K Views.  Argonne National Laboratory. Bianco interferometria microscopio ottico è un metodo ottico, senza contatto e rapido per misurare la topografia di superfici. È mostrato come il metodo può essere applicato verso analisi usura meccanica, dove indossare cicatrici su campioni di prova sono analizzati tribologiche e nella scienza dei materiali per determinare ion beam sputtering o volumi di ablazione laser e profondità.

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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).

Fabbricazione e caratterizzazione di guide d&#39;onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità

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 ...

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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

Caratterizzazione di materiali per elettrodi per batterie agli ioni sodio e ioni di litio utilizzando tecniche Synchrotron Radiation

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.

Area selettiva Modifica della Silicon bagnabilità della superficie da impulsi laser UV irradiazione in ambiente liquido

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.

Lens-meno compatta digitale olografico microscopio per MEMS di ispezione e caratterizzazione

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.

La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caratterizzazione

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.

Fabbricazione di White Light-emitting cellule elettrochimiche con emissione stabile da ecciplessi

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.

Fabbricazione di microsfere di polimeri per risonatore ottico e applicazioni laser

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.

Metodi sperimentali per intrappolare gli ioni utilizzando microfabbricati trappole ioniche in superficie

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.

Produzione e caratterizzazione di vuoto depositato 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 ...

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.

Modellare l'ampiezza e la fase dei fasci Laser utilizzando un modulatore di luce spaziale sola fase

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