방사능 갈륨 비소 샘플은 시카고의 일리노이 대학의 양씨 Cui에 의해 제공되었다. 이 작품은 계약에 따라 지원이 번호 UChicago Argonne, LLC 및 에너지 미국학과 및 교부금 NNH08AH761 및 NNH08ZDA001N을 통해 NASA에 의해, 및 계약 DE-AC02에 따라 에너지의 미국학과 자동차 기술의 사무실 사이 DE-AC02-06CH11357 - 06CH11357. 전자 현미경은 Argonne 국립 연구소, UChicago Argonne, LLC의 계약에 의해 DE-AC02-06CH11357에서 운영하는 과학 연구소의 에너지 Office의 미국학과에서 재료 연구에 대한 전자 현미경 센터에서 수행되었다.

1. 일반 WLI 스캔을위한 하드웨어 정렬 WLI를 통해 양적 정보를 얻으려면 다음 단계 지침 역할을 할 수 있습니다. 이 연산자는 간섭 운영의 기본 지식을 가지고하는 것으로 간주됩니다. 가이드 라인에 관계없이 특정 악기의 일반적인 현상입니다. 일부 조사의 경우 표본은 평면됩니다. 다른 들어, 표본이 굽어 될 수 있습니다. <ol><li> 똑바로 직면하고있는 기능 (이온 분화구, 이온 빔 / ablated 자리를 스퍼터링, 또는 상처를 착용)과 함께 무대에서 샘플을 놓습니다. 낮은 배율 목표를 사용하고 여기에 악기를 초점을 맞 춥니 다. 가장 해상도가 관심의 대상이 크게 화면을 채우하는 이미지를 얻을 경우, 공의 예를 들어 그림 2를 참조하십시오. </li><li> 간섭 가장자리 관심의 기능 근처에 나타납니다 있도록 시편의 수직 위치를 조정합니다. 평평한 표면의 경우는 표본이 비행기가 perpendicul이되도록 기울되는 것이 바람직하다광학 축에 AR은 프린지 간격이 큰 것입니다 즉. 곡선 표면 (예 : 공)의 경우, 표본은 그 가장자리는 중앙에는 그림 3에서와 같이 기능 위치하고 있습니다 지향해야합니다. </li><li> 악기 지침에 따라 검사를 얻습니다. 그게 최선 지형지도를 얻기 위해 조명이나 스캔 높이를 조정해야 할 수도 있습니다. 보간 기능을 사용하여 잘못되었거나 누락 된 데이터를 기입 한 다음 지형지도를 저장합니다. </li></ol> 2. 일반 소프트웨어를 사용하여 볼륨 분석 tribology에서 테스트 기계 종종 하락 또는 평면 또는 다른 실린더에 대해 회전하는 공이나 실린더 같은 비 등각 연락처 테스트 구조를 사용합니다. 일반적으로, 때때로 소재 한 표면에서 다른 전송할 수 있습니다 있지만 자료, 연락처를 슬라이딩의 시점에서 손실되고,이 &quot;전송 층&quot;에 대한 물질의 과잉으로 측정됩니다연락 표본의 전자. 마모 상처 세 차원과 자연의 불규칙하기 때문에, 광학 profilometry 정확한 마모 볼륨 측정을 얻기에 적합한 유일한 기술 할 수 있습니다 - 예상치는 사용할 수 없습니다. 목표는 시험의 완료에 문의 지역에서 (또는 확보) 손실 될 수 있습니다 재료의 매우 작은 양을 측정하는 것입니다. 측정의 기본 원리는 그대로 표면의 수준에서 수학 비행기를 정의하는 것입니다 : 표면 분석 소프트웨어는 &quot;고체 표면&quot;(제로 수준),이 레벨 위의 무엇이든이 있다는 것을 가정 &quot;빈은.&quot; &quot;고체 표면&quot;의 비행기 아래에있는 통합 제거 볼륨을 측정하는 분석 함수는 다음과 같이 언급 될 것 &quot;무효 볼륨입니다.&quot; &quot;고체 표면&quot;(파편의 축적 등)의 평면 위의 통합 볼륨을 측정하는 기능은 &quot;재료 볼륨입니다.&quot;라고합니다 실제 그대로 표면 AR전자 드물게 완벽하게 매끄러운, 평면. 작은 기능을 측정 최대의 정확성을 위해 관심 (AOI)의 영역을 정의하는 좋은 연습이다;있는 외부 지역은 분석에서 제외됩니다. AOI는 표면의 불규칙성이 교란 지역에서 진정되지 계산에 추가 볼륨을 기여하기 때문에 측정 영역을 제한하는 데 사용됩니다. 3. 평평한 표면 - 기계 마모 분석 <ol><li> 트렌치 흉터 나 우울증을 시청할 수있는 평면 표면의 볼륨 분석, 기계적 마모, 이온 빔 스퍼터링 또는 레이저 어블 레이션에 의해 생성 여부를 수행하기에 용이합니다. 광택 스틸 표면에 기계적 상처를 보여줍니다 이러한 그림 4 왼쪽과 같은 이미지를 얻을 수 있습니다. 우울증을 제외 AOI을 선택한 다음 틸트 및 / 또는 곡률 제거 기능이 최대 평탄도에 방해받지 표면을 수준에 사용할 수 있습니다 무엇이든 사용합니다. 그런 다음 Z =에 평균 표면 높이를 설정 소프트웨어를 사용0. 그림 4는 바로 다음 단계 후 평평한 표면에 상처를 pseudocolor보기입니다. 이보기에서 제외 된 &#39;무효 볼륨은 &quot;붉은 색이 있군요 있습니다. 주황색이 높은 영역을 나타냅니다 동안이 색 구성표에서 진한 갈색이 낮은 영역을 나타냅니다. </li><li> AOI를 삭제합니다. 소프트웨어가 기능을 측정 자동화 된 볼륨이있는 경우 상처를 통해 측정의 영역을 배치합니다. 이 소프트웨어에서 측정 함수는 집계은 &quot;무효 및 재료 볼륨은&quot;그림 5에서 푸른 색조로 표시됩니다. 총 마모가에서 차감 비행기 위의 &quot;재료 볼륨&quot;입니다 &quot;무효 볼륨입니다.&quot; 이것은 불안 표면의 볼륨 변화이다. (이 기능이없는, 그러나 히스토그램이 없거나 명확하게 표면 위에 제기하거나 표면 이하되는 지역 시각화 소프트웨어의 경우 3.2 단계와 3.3 단계로 이동 건너 뛰십시오.) </li></ol> 다음 세 단계는 마모 볼륨을 측정하는 다른 방법을 설명합니다. <ol start="3"><li> AOI를 반전단계 3.1에서 흉터 지역은 (상처가 이제 포함) 분석 할 수 있습니다. </li><li> 데이터의 히스토그램을 생성합니다. 히스토그램은 종좌표에있는 자리표 대 발생의 빈도에 대한 수직 높이의 그래프이다. Z = 0 위치 (그림 6 왼쪽)에 놓으 커서. 이 히스토그램의 피크에되지 않을 수 있습니다. 이 그림에서 커서가 선택적으로 비행기 아래 만 누락 된 자료를 분석하도록 설정되어 있습니다. 이 소프트웨어는 두 커서 사이의 총 볼륨을 통합합니다. 붉은 착색 면적은 생략 보여줍니다. 그림 6에있는 오렌지 untinted 지역은 바로 표면 아래입니다. 히스토그램 기능은 표면에서 분실 자료를 측정하기 위해 그림과 같이 위치 커서로 &quot;무효 볼륨 &#39;번호를 생성해야합니다. </li><li> 같은 히스토그램을 사용하여 반대편에있는 Z = 0 높이 위치 (그림 7 왼쪽)에있는 다른 커서에게이 시간을 배치하고 다른. 에있는 오렌지 untinted 지역 <str긴 사연&gt; 그림 7 권리는 표면 위에 있습니다. 히스토그램 함수는 &quot;소재 볼륨 &#39;번호를 생성해야합니다, 즉 잉여 재료는 평평한 표면 위에 올렸다. 총 마모가에서 차감 &quot;재료 볼륨&quot; &quot;무효 볼륨,&quot;단계 3.2에서와 동일합니다. 히스토그램 방법은 단계 3.2에서와 같은 마모 볼륨을 제공해야하지만 상승하고 낮아 물질의 분포에 대한 추가 세부 정보를 제공하며,이 지역의 분포지도를 보여줍니다. </li></ol> 위의 예에서 마모 상처에서 손실없이 망 자료가 없습니다 대신 재료 이득이 있습니다. 이 특이한하지만, 자료가 하나의 테스트 counterface에서 다른 전송시 가끔 발생합니다. 동일한 &quot;평평한 표면 특성화&quot;접근 방식은 이온 스퍼터링에 따르 예에서 고려 레이저 절제와 실험에 제거 볼륨을 얻기위한 유용합니다. 4. 평평한 표면 - 크레이터와 이온 빔 프로파일 측정은 스퍼터링 항복을 추정하기 위해, 그리고 시간에 대한 심도 보정을 수행 할 수 직접 무게 또는 석영 microcrystal 밸런스, 8, 9 우리는 WLI 방법은 직접 시각화를 위해 유용하다 발견을 바탕으로 대량 손실 방법을 사용하여 스퍼터링 수율을 계산하는 알려진 널리 활용 방법에 대한 대안으로 / 이온 빔 부분을 스퍼터링 이온 빔. 그림 8의 스캔 정적 스퍼터링 / 래스터 얻은 분화구는 (올리브 열린 자신의 분화구에 대해 일반적으로 사건이 정적 5 케빈 150 EV 아르곤 + 이온 빔의 스폿 (녹색 고체, 파란색 점선)의 길이 방향 단면을 비교 서클 및 시안 오픈 다이아몬드) 100 × 100 픽셀 잘라 내기의 표면 (110) 단결정 위에 같은 이온 빔의 디지털 래스터 스캔하여 얻을. 정적 빔 중복에 해당하는 곡선은 이온 빔의 래스터 스캔하는 동안 분화구를 생성 방법을 보여줍니다 할 수있는 분화구 중 하나 가장자리 D를 스퍼터프로파일을 epth. 5. 평평한 표면 - 특성화 Ultrafast 레이저 어블 레이션의 Ultrafast 레이저 절제는 열 영향 영역을 최소화하면서 고체에서 물질을 제거하기위한 방법으로 인정 받고 있습니다. (10)는이 과정이 높은 가로 세로 비율 나머지 자료에 최소한의 손상 (균열, 산화)와 고속 micromachining 수 있으며, 가능성을 열어 투명 재료의 효율적 절제 11. 최근에, 관심이 분석 도구로 ultrafast 절제를 사용하여 개발하였습니다. 삭마 과정의 12-15 높은 비선형도 (크게 방사능 스폿 사이즈 아래 ablated 스폿 사이즈를 줄이는 수단을 제공 최고의 이온 빔 방식과 경쟁력 동안 일반적으로 1 / E 2)에 의해 정의, 심지어 회절 한계 아래로 설명하는되었으므로. 16 깊이 해상도, &lt;20 nm의 수 있습니다. 제거 속도는 쉽게 증가 할 수 있습니다nonlinearly 레이저 fluence를 증가하여 물질의 마이크론을 통해 있도록 매우 빠른 속도 프로파일이 가능합니다. 이상적으로, ultrafast 절제에 의해 물질 제거를 특성화하는 것은 신속하고 양적 잘 교정 기술, WLI에 의해 이루어 모든 특성이 필요합니다. 그림 9는 ultrafast (60 FS, 800 nm의) ≈ 8 μm와 0.4 및 1.0 J / cm 2에 해당하는 fluences을 갖는다.의 스폿 크기에 초점을 맞춘 레이저 빔과 갈륨 비소의 반복적 인 절제에 의해 형성된 두 이웃 분화구의 pseudocolor 이미지를 보여줍니다 6. 구부러진 표면 - 기계 마모 분석 곡선 일반 표면 (공 또는 실린더)의 볼륨 분석은 평면의 그것과 비슷하지만 곡률 제거가 필요합니다. 다음 프로토콜은 철강 공에 원형 마모 상처의 분석을 보여줍니다. 공에서 잃어버린 볼륨을 찾으려면이있는 공을 변환하는 수학 처리를 수행 할 필요가 있습니다들여 쓰기 시청할 수있는 평면 비행기로 평면 면적은 다음 평면 표면에 제 3 항에 이루어졌다로 들여 쓰기의 볼륨을 측정합니다. 공의 마모 상처가 먼저 히스토그램 기법으로 다음 간단한 자동 기술을 사용하여 측정됩니다. <ol><li> 그림 10 왼쪽은 공에 마모 상처의 사시도를 보여줍니다. 마모 상처를 제외 그 AOI를 선택하고 방해받지 평면 지역의 중간에 마모 우울증이되도록 표면을 변화시킬 소프트웨어 커브 피팅 도구를 선택합니다. 곡률 제거가 기술을 반복 할 수 있기 때문에이 그대로 지역 수준의 정확도를 NM하는 평면이되도록 적합한 여러 번 실행해야 할 수도 있습니다. 마모 상처의 표시 비 균일 밖에서는 문제가 있음을 나타냅니다과 계산은 정확하지 않습니다. 에 흉터가 외부의 평균 높이를 설정 Z 10 권리가 제대로 AOI와 Z = 0 곡률 제거 및 설정 후 흉터는 pseudocolor보기를 보여줍니다 = 0. 그림마모 영역을 마스킹. </li><li> 그림 11에 표시된 마모를 분석하기 위해 사용 가능한 경우, 측정 도구를 사용하십시오. 총 마모 볼륨에서 공제 &quot;재료 볼륨&quot;입니다 &quot;무효 볼륨입니다.&quot; </li></ol> 다음 단계는 마모 볼륨을 측정하는 다른 방법을 설명합니다. <ol start="3"><li> AOI 반전 단계 3.3과 같은 방식으로하도록 마모 상처가 포함되어 있습니다. 데이터의 히스토그램을 생성합니다. Z = 0 위치에 놓으 커서 (그림 12 왼쪽). 그림 12에있는 오렌지 untinted 지역은 바로 표면 아래입니다. 히스토그램 기능은 &quot;무효 볼륨 &#39;번호를 생성해야합니다. </li><li> 같은 히스토그램을 사용하여 반대편에있는 Z = 0 높이 위치 (그림 13 왼쪽)에있는 다른 커서에게이 시간을 배치하고 다른. 그림 13에있는 오렌지 untinted 지역은 바로 표면 위에 있습니다. 히스토그램 기능은 &quot;소재 볼륨 &#39;번호를 생성해야합니다. 합계착용 볼륨은 &quot;무효 볼륨,&quot;단계 3.2에서와 같이 동일한에서 공제 비행기 위의 &quot;재료 볼륨&quot;입니다. 히스토그램 방법은 단계 6.2에서와 같은 마모 볼륨을 계산해야하지만 제기하고 낮아 물질의 분포에 대한 추가 세부 정보를 제공하며,이 지역의 분포지도를 보여줍니다. </li></ol>

관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

예 1 WLI는 널리 마찰 작품의 표면 특성에 사용하지만, 실제로 많은 연락처 형상에 대한 마모 볼륨의 양적 측정을위한 강력한 방법입니다하지 않습니다. WLI는 여러 시각화 소프트웨어 패키지 중 하나를 사용하여 분석 할 수있는 표면의 전체 3D 표현을 생산하고 있습니다. 이 패키지는 측정의 다양한 유형을 수행 할 수 할 수 있습니다. 더 큰 측면 해상도를 들어, 이미지는 μm의 해...

전자, 구조적 및 화학적 : 고체 물질의 표면은 큰 범위의 해당 재료에 대한 관심의 속성을 결정합니다. 연구의 많은 분야에서 물질의 추가 (펄스 레이저 / 마그네트론 스퍼터링 증착, 물리적 / 화학적 기상 증착에 의한 예를 들어, 박막 증착), 물질의 제거 (반응성 이온 에칭, 이온 스퍼터링, 레이저 애블 레이션 등) 또는 일부 다른 프로세스가 특징해야합니다. 또한, 에너지가 넘치는 빛의 펄스 또는 대전 입자와 상호 작용을 통해 표면 수정은 수많은 응용 프로그램을 보유하고 있으며 기본적인 관심입니다. Tribology, 마찰과 마모의 연구 관심의 또 다른 영역입니다. benchtop 규모에서 마찰 테스트 형상의 수많은 존재합니다. 비 등각 연락처 형상이 사용 될 수 있으며, 공 또는 실린더는 하락 또는 시간의 길이를 들면, 평평한 표면, 다른 공, 또는 실린더에 대해 회전하고, 제거 물질의 양이 날이 될 수 있습니다asured. 마모 상처 세 차원과 자연의 불규칙하기 때문에, 광학 profilometry 정확한 마모 볼륨 측정을 얻기에 적합한 유일한 방법 일 수 있습니다. 일반적인 분석 작업은 표면 거칠기 매개 변수, 단계 높이, 소재, 볼륨의 손실, 트렌치의 깊이 등을 포함, 모두는 간단한 2D 및 3D 지형 시각화에 추가로 얻을 수 있습니다. 광학 profilometry 표면의 프로필을 재구성하는 데 사용되는 광학 방법입니다. Profilometric 방법은 하얀 빛의 간섭, 레이저, 또는 공 촛점 방법이 포함되어 있습니다. 일부 광학 profilometers는 종래의 회절 - 제한된 현미경의 목표에 따라 접근 방법을 통해 정보를 얻습니다. 예를 들어, 스캔 레이저 표면의 지형과 트루 컬러 정보를 획득 할 수있는 현미경과 통합 할 수 있습니다. 두 번째 방법은 세리를 구성하고 기존 목표의 초점 아주 작은 깊이를 이용하는 기술을 사용3D 지형지도를 얻을 수 표면의 포커스에 &quot;이미지 슬라이스&quot;의 에스. 이 작품에서 우리는 하얀 빛 간섭 현미경 / profilometer은 기계적 마모 공정 중에 손실 자료의 양의 측정을 가능하게, 또는 이온 스퍼터링의 분화구 또는 레이저 어블 레이션 등의 재료 에칭 프로세스 동안 방법을 보여줍니다. 대부분의 관심은 다양한 응용 분야에 널리 이용하고 매력적인 만들어 대형 설치 용량을 설명하기 위해이 방법의 방법으로 지급됩니다. WLI 대부분의 유형은 샘플 표면에서 반사 참조 광 신호와 빛 사이의 간섭을 야기 할 현미경 대물에 내부 미러를 사용하는 Mirau 기술을 사용합니다. 전체 Mirau 간섭이 현미경 대물 렌즈 내부에 맞게과 일반 광학 현미경 (그림 1)에 커플 링 될 수 있기 때문에 Mirau 간섭 측정법의 선택은 간단한 편의에 의해 결정됩니다. 2 차원 간의 일련의ferograms은 비디오 카메라로 구입하고, 소프트웨어는 3D 지형지도를 조립하고 있습니다. 흰색 빛 소스는 단색 소스에 고유의 &quot;프린지 순서&quot;모호함을 극복하는 데 도움이 폭 넓은 스펙트럼 조명을 제공합니다. 빛의 단색 소스가 얕은 지형 기능의보다 정확한 측정을 얻기 위해 사용할 수 있습니다. 측면 해상도가 근본적으로 λ / 2 (수치 공, NA = 1)로 제한하지만, 대부분의 경우에 큰입니다, 배율에 연결 / 뷰 필드 크기 설정에 목적의 NA에 의해 결정된다. 심판의 표 1. 1 모든 언급 매개 변수의 직접적인 비교가 있습니다. 기술의 간섭 성격의 함수되는 깊이 해결 방법 ≈ 1 nm의. Mirau WLI에 대한 자세한 내용은 심판이 판결에서 찾을 수 있습니다. 2, 3. 하얀 빛 간섭 접근 방식에 대한 소개 참조에서 찾을 수 있습니다. 4. 표면 분석을위한 다른 방법은 원자 그렇게해야 아르전자 현미경 (SEM), 그리고 스타일러스 profilometry을 스캔 전자 현미경 (AFM). WLI 기술은 이러한 방법에 손색이 비교하고 방법의 광학 특성에 기인 자신의 장점과 단점을 가지고있다. AFM은 3D 이미지와 따라서 해당 크로스 섹션을 얻을 수 있지만 AFM은 측면 (&lt;100 μm)와 깊이 (&lt;10 μm) 축에 제한 스캐닝 기능이 있습니다. 이러한 대조적으로, WLI의 주요 장점은 동시에 실제 3D 영상 기능을 갖춘 몇 mm까지의 유연한 뷰 필드 (FOV)입니다. 우리가 보여되므로 또한, 하나는 단순히 표면 수정의 문제의 다양한 해결 할 수 있도록 다양한 수직 스캔 범위를 이용하실 수 있습니다. AFM과 함께 작업 한 연구자들은 낮은 수직 그라디언트의 연장 기능을 측정하는 샘플의 비행기 위치와 문제를 파악하고 있습니다. 일반적으로, 하나는 AFM 이상 &quot;특급&quot;기술로 WLI / OP 생각 할 수 있습니다. 물론, 있습니다만 AFM은 적합하는 지역 번호 : 해결 할 측면 기능이 특징 WLI의 측 방향 해상도보다 작은 크기, 또는 WLI에서 데이터 그 방식으로 샘플의 알 수없는 복잡한 광학 특성으로 인해 모호 인스턴스가있을 때 측정의 정밀도 (나중에 논의 예정) 등​​에 영향을 미치는 SEM은 기존의 광학 현미경이 제공 할 수있는보다 큰 초점을 맞추고 많은 깊이와 FOV 크기의 측면에서 매우 유연성, 표면에서 볼 수있는 강력한 방법입니다. 동시에, SEM에 의한 3D 영상은 그렇다면 다른 사이의 여색 방법으로 3D 이미지로 변환, 또는 광 뷰어와 관찰을 통해, 또는 깊이를 직접 계산에 사용되는 스테레오 쌍 이미지를 복용해야합니다 특히 같은 성가신입니다 샘플에 대한 관심 포인트. 5 대조적으로, WLI / OP profilometry 동시에 유연한 FOV와 3D 재건 사용하기 쉬운 제공합니다. WLI는 전체를 스캔높이 범위는 (나노 미터에서 마이크론의 수백) 특정 샘플에 필요한. WLI는 SEM에 문제가있을 수 있습니다 샘플 소재의 전기 전도성에 의해 영향을받지 않습니다. WLI는 명확하게 진공을 필요로하지 않습니다. 다른 한편으로는 SEM는 우수한 정보를 제공하는 응용 프로그램의 수 있습니다 : 샘플의 다른 부분은 topographically 구별 할 수 있습니다 특징 WLI의 측 방향 해상도 아래의 크기, 또는 가지 경우 해결 될 수있는 측면 기능이있는 경우에만 보조 전자 방출 계수 다릅니다. 널리 차 이온 질량 분석법 6 및 microelectromechanical 시스템 특성 7 분야에서 사용되는 표면 검사 하나 더 기술은 스타일러스 profilometry입니다. 이 기술 때문에 그 단순성과 견고성의 인기가 있습니다. 이 샘플 표면을 통해 스타일러스 팁의 직접적인 기계적 접촉 검사를 기준으로합니다. 이 거친 접촉 도구입니다어느 한 번에 하나의 라인을 따라 스캔 할 수 있습니다. 이 3D 표면 래스터 스캔 이미징 매우 시간이 소요합니다. 스타일러스 기술의 또 다른 단점은 높은 비율과 팁 반경과 팁의 꼭지각을 암시의 특성 팁 크기 (일반적으로 몇 미크론에 submicron)와 비교 크기의 표면 기능을 측정의 어려움입니다. 스타일러스 profilometry의 장점은 WLI / OP 측정 (나중에 논의 예정)의 정확도에 영향을 미칠 수있는 샘플의 광학 속성을 변화에의 무감각합니다. 현재 문서의 표면지도는 종래의 Mirau 타입 WLI을 (그림 1)를 사용하여 얻었다. 이러한 Zygo, KLA-Tencor, nanoScience, Zemetrics, Nanovea, FRT, Keyence, Bruker, 그리고 테일러 Hobson와 같은 많은 기업들은 상용 테이블 상단 OP 악기를 생산하고 있습니다. 획득지도를 재건하고 일반적으로 WLI, 스캐닝 전자, O에 사용되는 유형의 상용 소프트웨어를 사용하여 처리 된R 프로브 현미경. 이 소프트웨어는 섹션 프로파일 분석, 무효 및 재료 볼륨 계산, 그리고 비행기의 수정을 건너, 표면의 수학적 조작을 수행 할 수있는 능력이 있습니다. 다른 소프트웨어 패키지는 이러한 기능의 일부를 자동화 할 수 있습니다.

<table border="1"><tbody><tr><td> 단결정시의 기판, 갈륨 비소 및 잘라 내기 </td><td></td><td></td><td> 스퍼터링과 절제를위한 </td></tr><tr><td> 순수 금속 합금 </td><td></td><td></td><td> tribology 예제 </td></tr></tbody></table>

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

재료 과학 및 공학은 마이크로 미터 측면 해상도로 표면 지형의 정량적 측정을 얻기 위해 종종 필요합니다. 측정 된 표면에서 3D 지형지도 이후 필요한 정보를 추출하는 소프트웨어 패키지의 다양한을 사용하여 분석 할 수 있습니다. 이 글에서 우리가 얼마나 하얀 빛 간섭 측정법, 및 일반 표면 분석 소프트웨어와 함께 일반적으로 광학 profilometry (OP)를 설명, 재료 과학 및 엔지니어링 작업에 사용할 수 있습니다. 이 문서에서는 질량 분광법의 표면 수정에 대한 조사를하고, tribology 및 윤활에 현상을 착용을위한 하얀 빛 간섭 측정법의 응용 프로그램의 수는 시연됩니다. 우리는 에너지가 넘치는 이온 (스퍼터링) 및 레이저 조사 (절제)뿐만 아니라, 마찰 시험 표본의 마모의 전 현장 측정 반도체와 금속의 상호 작용의 제품을 특성화한다. </p&gt; 특히, 우리는 논의 할 것이다 : <ol class="lroman"><li> 이러한 스퍼터링 속도 / Si 및 잘라 내기에서 수율 측정 및 이후의 시간에 깊이 변환 등의 전통 이온 스퍼터링 기반의 질량 분광법의 측​​면. </li><li> 반도체 표면 femtosecond 레이저 조사의 상호 작용의 양적 특성의 결과. 이러한 결과는 증발 재료의 수량은 펄스 당 펄스 지속 시간과 에너지를 통해 공부하고 제어 할 수 있습니다 절제 질량 분광법과 같은 응용 프로그램에 중요합니다. 따라서, 분화구 형태를 결정하여 하나는 실험 설정 조건 대 깊이와 측면 해상도를 정의 할 수 있습니다. </li><li> 2 차원, 그리고 마찰의 결과로 발생 및 테스트를 착용 표면 마모의 정량적 측정의 표면 거칠기 매개 변수의 측정. </li></ol> 일부 고유 단점이 가능 유물, 그리고 하얀 빛의 불확실성 평가간섭 측정법의 접근 방식은 논의하고 설명합니다.

<html><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/50260/50260fig1.jpg" /> 그림 1은 본 연구에 사용 된 간단한 profilometer의 사진 :. 여러 목적의 터렛이 그림에서 볼 수있다. 두 목표는 (10X와 50x) 표준이며, 두 Mirau 목표 (10X와 50x)입니다. 이 현미경은 0.62의 스텝 현명한 확대 배율, 1.00, 1.25, 또는 2.00을 선택 할 수 중간 배율 기능이 있습니다. <a href="https://www.jove.com...

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

하얀 빛 현미경 간섭 측정법은 표면의 지형을 측정하기위한 광학, noncontact 빠르고 방법입니다. 과 재료 과학에 이온 빔 스퍼터링 또는 레이저 박리 볼륨과 깊이를 결정하기 위해, 그것은 방법은 마찰 테스트 샘플에 상처가 분석 착용 기계적 마모 분석,으로 적용 할 수있는 방법을 표시합니다.

이온 스퍼터링에 응용 프로그램, 레이저 절제하고, Tribology 실험 : 화이트 빛 간섭 측정법에 의한 표면 수정의 특성

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 조회수.  Argonne National Laboratory. 하얀 빛 현미경 간섭 측정법은 표면의 지형을 측정하기위한 광학, noncontact 빠르고 방법입니다. 과 재료 과학에 이온 빔 스퍼터링 또는 레이저 박리 볼륨과 깊이를 결정하기 위해, 그것은 방법은 마찰 테스트 샘플에 상처가 분석 착용 기계적 마모 분석,으로 적용 할 수있는 방법을 표시합니다.

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In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using conventional synthesis techniques. Coupling soft landing with in situ characterization using secondary ion mass spectrometry (SIMS) and infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS) enables analysis of well-defined surfaces under clean vacuum conditions. The capabilities of three soft-landing instruments constructed in our laboratory are illustrated for the representative system of surface-bound organometallics prepared by soft landing of mass-selected ruthenium tris(bipyridine) dications, [Ru(bpy)3]2+ (bpy = bipyridine), onto carboxylic acid terminated self-assembled monolayer surfaces on gold (COOH-SAMs). In situ time-of-flight (TOF)-SIMS provides insight into the reactivity of the soft-landed ions. In addition, the kinetics of charge reduction, neutralization and desorption occurring on the COOH-SAM both during and after ion soft landing are studied using in situ Fourier transform ion cyclotron resonance (FT-ICR)-SIMS measurements. In situ IRRAS experiments provide insight into how the structure of organic ligands surrounding metal centers is perturbed through immobilization of organometallic ions on COOH-SAM surfaces by soft landing. Collectively, the three instruments provide complementary information about the chemical composition, reactivity and structure of well-defined species supported on surfaces.

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of novel materials. Coupled with analysis by in situ secondary ion mass spectrometry (SIMS) and infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS), soft landing provides unprecedented insights into the interactions of well-defined species with surfaces.

대량 선택 이온 소프트 랜딩에 의해 준비 잘 정의 된 표면의 제자리 SIMS 및 IR 분광법

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using ...

연구

화학

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

원자 힘 분광학에 의해 단일 ​​분자 접착 조사

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

공학

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.

액체 환경에서의 펄스 자외선 레이저 조사에 의한 실리콘 표면의 젖음성의 선택 영역 수정

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

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Plasmatron에서 절제 재료 시험 중에 방출 분광 경계 계층 조사

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, building and food industries, amongst others. Polyester and coatings containing both polyester and silica nanoparticles (SiO2NPs) have been widely used to protect steel substrata from corrosion. In this study, we utilized X-ray photoelectron spectroscopy, attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy, water contact angle measurements, optical profiling and atomic force microscopy to provide an insight into how exposure to sunlight can cause changes in the micro- and nanoscale integrity of the coatings. No significant change in surface micro-topography was detected using optical profilometry, however, statistically significant nanoscale changes to the surface were detected using atomic force microscopy. Analysis of the X-ray photoelectron spectroscopy and attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy data revealed that degradation of the ester groups had occurred through exposure to ultraviolet light to form COO&#903;, -H2C&#903;, -O&#903;, -CO&#903; radicals. During the degradation process, CO and CO2 were also produced.

Two types of surfaces, polyester-coated steel and polyester coated with a layer of silica nanoparticles, were studied. Both surfaces were exposed to sunlight, which was found to cause substantial changes in the chemistry and nanoscale topography of the surface.

햇빛에 노출 된 표면에 실리카 나노 입자 - 폴리 에스테르 코팅의 진화

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, ...

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve desired molecular orientation states in LC displays, the "static" surface property of LCs, so-called surface anchoring, has been intensively studied. As a rule of thumb, once the initial orientation of LCs is "locked" by specific surface treatments, such as rubbing or treatment with a specific alignment layer, it hardly changes with temperature. Here, we present a system exhibiting an orientational transition upon temperature variation, which conflicts with the consensus. Right on the transition, the bulk LC molecules experience the orientational rotation, with 90&#176; between the planar (P) orientation at high temperatures and the vertical (V) orientation at low temperatures in the first-order transitional manner. We have tracked thermodynamic surface anchoring behavior by means of polarizing optical microscopy (POM), dielectric spectroscopy (DS), high-resolution differential scanning calorimetry (HR-DSC), and grazing incidence X-ray diffraction (GI-XRD) and reached a plausible physical explanation: that the transition is triggered by a growth of surface wetting sheets, which impose the V orientation locally against the P orientation in the bulk. This landscape would provide a general link explaining how the equilibrium bulk orientation is affected by surface-localized orientation in many LC systems. In our characterization, POM and DS are advantageous by offering information on the spatial distribution of the orientation of LC molecules. HR-DSC gives information about the precise thermodynamic information on transitions, which cannot be addressed by conventional DSC instruments due to limited resolution. GI-XRD provides information on surface-specific molecular orientation and short-range orderings. The goal of this paper is to present a protocol for preparing a sample that exhibits the transition and to demonstrate how the thermodynamic structural variation, both in the bulk and on surfaces, can be analyzed through the abovementioned methods.

Here, we present a protocol to trigger an orientational transition of a liquid crystal in response to temperature. Methodologies are described for preparing a sample in order to observe the transition and the detailed transitional evolution.

계면 습윤지의 열역학적 성장에 의해 촉발 된 액정의 방향 전환

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide electronics community. One of its hallmark features is the existence of a critical LAO thickness of 4 unit-cells (uc) for interfacial conductivity to emerge. Although electrostatic mechanisms have been proposed in the past to describe the existence of this critical thickness, the importance of chemical defects has been recently accentuated. Here, we describe the growth of metal/LAO/STO heterostructures in an ultra-high vacuum (UHV) cluster system combining pulsed laser deposition (to grow the LAO), magnetron sputtering (to grow the metal) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We study step by step the formation and evolution of the q2DES and the chemical interactions that occur between the metal and the LAO/STO. Additionally, magnetotransport experiments elucidate on the transport and electronic properties of the q2DES. This systematic work not only demonstrates a way to study the electrostatic and chemical interplay between the q2DES and its environment, but also unlocks the possibility to couple multifunctional capping layers with the rich physics observed in two-dimensional electron systems, allowing the fabrication of new types of devices.

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

We fabricate metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures using a combination of pulsed laser deposition and in situ magnetron sputtering. Through magnetotransport and in situ X-ray photoelectron spectroscopy experiments, we investigate the interplay between electrostatic and chemical phenomena of the quasi two-dimensional electron gas formed in this system.

성장 및 정전기/화학 속성의 금속/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Imaging Corrosion at the Metal-Paint Interface Using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry

Corrosion developed at the paint and aluminum (Al) metal-paint interface of an aluminum alloy is analyzed using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), illustrating that SIMS is a suitable technique to study the chemical distribution at a metal-paint interface. The painted Al alloy coupons are immersed in a salt solution or exposed to air only. SIMS provides chemical mapping and 2D molecular imaging of the interface, allowing direct visualization of the morphology of the corrosion products formed at the metal-paint interface and mapping of the chemical after corrosion occurs. The experimental procedure of this method is presented to provide technical details to facilitate similar research and highlight pitfalls that may be encountered during such experiments.

Time-of-flight secondary ion mass spectrometry is applied to demonstrate the chemical mapping and corrosion morphology at the metal-paint interface of an aluminum alloy after being exposed to a salt solution compared with a specimen exposed to air.

비행 시간 보조 이온 질량 분석기를 사용 하 여 금속 페인트 인터페이스의 이미징 부식

Corrosion developed at the paint and aluminum (Al) metal-paint interface of an aluminum alloy is analyzed using time-of-flight secondary ion mass ...

Nanoscale Characterization of Liquid-Solid Interfaces by Coupling Cryo-Focused Ion Beam Milling with Scanning Electron Microscopy and Spectroscopy

Physical and chemical processes at solid-liquid interfaces play a crucial role in many natural and technological phenomena, including catalysis, solar energy and fuel generation, and electrochemical energy storage. Nanoscale characterization of such interfaces has recently been achieved using cryogenic electron microscopy, thereby providing a new path to advancing our fundamental understanding of interface processes.
This contribution provides a practical guide to mapping the structure and chemistry of solid-liquid interfaces in materials and devices using an integrated cryogenic electron microscopy approach. In this approach, we pair cryogenic sample preparation which allows stabilization of solid-liquid interfaces with cryogenic focused ion beam (cryo-FIB) milling to create cross-sections through these complex buried structures. Cryogenic scanning electron microscopy (cryo-SEM) techniques performed in a dual-beam FIB/SEM enable direct imaging as well as chemical mapping at the nanoscale. We discuss practical challenges, strategies to overcome them, as well as protocols for obtaining optimal results. While we focus in our discussion on interfaces in energy storage devices, the methods outlined are broadly applicable to a range of fields where solid-liquid interface play a key role.

Cryogenic Focused Ion Beam (FIB) and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques can provide key insights into the chemistry and morphology of intact solid-liquid interfaces. Methods for preparing high quality Energy Dispersive X-ray (EDX) spectroscopic maps of such interfaces are detailed, with a focus on energy storage devices.

Cryo-Focused Ion Beam Milling과 주사 전자 현미경 및 분광법을 결합하여 액체-고체 인터페이스의 나노스케일 특성화

Physical and chemical processes at solid-liquid interfaces play a crucial role in many natural and technological phenomena, including catalysis, solar ...

Preparation of Nanoparticles for ToF-SIMS and XPS Analysis

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, chemistry, and their potential to enable advanced materials. To effectively understand and regulate the physico-chemical properties and potential adverse effects of nanoparticles, validated measurement procedures for the various properties of nanoparticles need to be developed. While procedures for measuring nanoparticle size and size distribution are already established, standardized methods for analysis of their surface chemistry are not yet in place, although the influence of the surface chemistry on nanoparticle properties is undisputed. In particular, storage and preparation of nanoparticles for surface analysis strongly influences the analytical results from various methods, and in order to obtain consistent results, sample preparation must be both optimized and standardized. In this contribution, we present, in detail, some standard procedures for preparing nanoparticles for surface analytics. In principle, nanoparticles can be deposited on a suitable substrate from suspension or as a powder. Silicon (Si) wafers are commonly used as substrate, however, their cleaning is critical to the process. For sample preparation from suspension, we will discuss drop-casting and spin-coating, where not only the cleanliness of the substrate and purity of the suspension but also its concentration play important roles for the success of the preparation methodology. For nanoparticles with sensitive ligand shells or coatings, deposition as powders is more suitable, although this method requires particular care in fixing the sample.

A number of different procedures for preparing nanoparticles for surface analysis are presented (drop casting, spin coating, deposition from powders, and cryofixation). We discuss the challenges, opportunities, and possible applications of each method, particularly regarding the changes in the surface properties caused by the different preparation methods.

ToF-SIMS 및 XPS 분석을 위한 나노 입자 의 준비

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, ...

이온 스퍼터링에 응용 프로그램, 레이저 절제하고, Tribology 실험 : 화이트 빛 간섭 측정법에 의한 표면 수정의 특성

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대량 선택 이온 소프트 랜딩에 의해 준비 잘 정의 된 표면의 제자리 SIMS 및 IR 분광법

원자 힘 분광학에 의해 단일 분자 접착 조사

액체 환경에서의 펄스 자외선 레이저 조사에 의한 실리콘 표면의 젖음성의 선택 영역 수정

Plasmatron에서 절제 재료 시험 중에 방출 분광 경계 계층 조사

햇빛에 노출 된 표면에 실리카 나노 입자 - 폴리 에스테르 코팅의 진화

계면 습윤지의 열역학적 성장에 의해 촉발 된 액정의 방향 전환

성장 및 정전기/화학 속성의 금속/LaAlO₃/SrTiO₃ Heterostructures

비행 시간 보조 이온 질량 분석기를 사용 하 여 금속 페인트 인터페이스의 이미징 부식

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