Işınlanmış GaAs numune Chicago&#39;daki Illinois Üniversitesi&#39;nden Yang Cui tarafından sağlandı. Bu çalışma Sözleşme kapsamında desteklenen No UChicago Argonne, LLC ve ABD Enerji Bakanlığı ve hibe NNH08AH761 ve NNH08ZDA001N yoluyla NASA tarafından, ve sözleşme DE-AC02 altında ABD Enerji Bakanlığı Araç Teknolojileri Dairesi arasındaki DE-AC02-06CH11357 -06CH11357. Elektron mikroskobu Argonne National Laboratory, UChicago Argonne, LLC tarafından Sözleşme DE-AC02-06CH11357 altında işletilen Fen laboratuarı Enerji Office&#39;in ABD Bölümü&#39;nde Malzeme Araştırma Elektron Mikroskobu Merkezi&#39;nde yapıldı.

1. Genel WLI Tarama için Donanım Hizalama WLI aracılığıyla nicel bilgi edinmek için, aşağıdaki adımları bir rehber olarak hizmet edebilir. Bu operatör interferometre operasyonun temel bilgilere sahip olduğu varsayılır. Kurallar, özel enstrümanın yaygındır. Bazı araştırmalar için örnek düz olacak. Diğerleri için, numune kavisli olabilir. <ol><li> Düz yukarı bakacak özelliği (iyon krater, iyon demeti / kesilen nokta Titredi veya skar giymek) ile sahnede örneği yerleştirin. Düşük büyütme objektif kullanın ve üzerinde enstrüman odaklanmak. Iyi çözünürlük çıkar nesne büyük ölçüde doldurur ekran olduğu bir görüntü elde etmek için, bir topun bir örnek için Şekil 2&#39;ye bakınız. </li><li> Girişim saçakları ilgi özelliği yakın görünen böylece numunenin düşey konumunu ayarlayın. Bir düz yüzey için bu numune düzlem perpendicul olacak şekildedir hareket ettirildiğinde, ki arzu edilen bir durumduroptik eksen ar, saçak aralığı büyük olacak yani. Bir kavisli yüzey (örneğin bir top) için, numune öyle ki saçaklar merkezi olarak, Şekil 3 içinde olduğu gibi, özelliği çevresinde bulunmaktadır yönelik olmalıdır. </li><li> Alet talimatlara göre bir tarama elde edilir. Bu en iyi topoğrafik harita elde etmek için aydınlatma veya tarama yüksekliğini ayarlamak için gerekli olabilir. Interpolate işlevini kullanarak herhangi bir kötü veya eksik veri doldurun ve ardından topografik harita kaydedin. </li></ol> 2. Genel Yazılım Kullanımı Cilt Analizi Tribolojide, test cihazları genellikle kaydırılabilir ya da bir düz ya da diğer bir silindir karşı döndürülür bilya veya bir silindir gibi non-konformal temas test geometrileri kullanır. Tipik olarak, bir malzeme bazen yüzey diğerine aktarmak olsa da malzeme, yüzeyden noktasında kaybolur, ve bu &quot;nakil katmanı&quot; üzerinde, malzemenin bir fazlalık olarak ölçülürtemas örneklerin e. Aşınma izi üç boyutlu ve doğada düzensiz olduğundan, optik profilometrisi doğru aşınma hacmi ölçümleri elde etmek için uygun tek tekniktir olabilir - yaklaşımlar geçerli değildir. Hedef, bir test işlemi tamamlandıktan de temas bölgesi (veya elde edilen) kayıp olabilir malzeme çok az miktarda ölçmektir. Ölçüm temel prensibi bozulmamış yüzey seviyesinde bir matematiksel düzleme tanımlamaktır: Yüzey analiz yazılımı bir &quot;katı yüzey&quot; (sıfır seviyesi), bu seviyenin üstünde ne olduğunu olduğunu varsayar &quot;boş.&quot; &quot;Sert yüzey&quot; düzleminin altında entegre bir çıkarıldı hacmini ölçen analizler fonksiyon olarak anılacaktır &quot;boş hacim&quot;. &quot;Katı yüzey&quot; (enkaz birikimi gibi) düzlemi üzerinde entegre ses ölçer işlevi &quot;malzeme hacmi.&quot; Adı verilecek Gerçek bozulmamış yüzeyler arE nadiren mükemmel pürüzsüz ve düz. Küçük özellikler ölçümünde yüksek doğruluk için bu faiz (AOI) bir alanı tanımlamak için iyi bir uygulamadır; hangi dışında kalan alanı analizi çıkarılmıştır. AOI yüzey düzensizliklerini rahatsız alanından gerçek anlamda bir hesaplamalar için ilave hacim katkı çünkü ölçüm alanı sınırlamak için kullanılır. 3. Düz Yüzey - Mekanik Aşınma Analizi <ol><li> Bir siper yara ya da depresyon ile düz bir yüzeye hacmi analizi, mekanik aşınma, iyon ışını fışkırtması veya lazer ablasyon tarafından oluşturulan olsun, gerçekleştirmek kolaydır. Parlatılmış çelik yüzey üzerinde mekanik bir yara gösterir gibi Şekil 4 soldaki gibi bir görüntü elde edilir. Depresyon dışlayan bir AOI seçin ve tilt ve / veya eğrilik giderme fonksiyonu maksimum düzlük bozulmamış yüzey seviyeye ne olursa olsun kullanılabilir kullanın. Sonra Z = için ortalama yüzey yüksekliğini ayarlamak için yazılımı kullanabilirsiniz0. Şekil 4. Sağ Bu adımlardan sonra düz bir yüzeye bir yara bir yalancı görünümüdür. Bu görünümde dışlanmış &quot;boş hacim&quot; kırmızı renkli olduğunu. Turuncu yüksek alanları belirtir iken bu renk düzeni olarak, koyu kahverengi, alçak alanları belirtir. </li><li> AOI silin. Yazılım fonksiyon ölçüm otomatik bir ses varsa, yara üzerinde bir ölçüm bölgesi yerleştirin. Bu yazılım, ölçüm fonksiyonu taksitli &quot;geçersiz ve malzeme hacmi&quot; Şekil 5 mavi renk ile gösterilecektir. Toplam aşınma çıkarılır düzlemi üzerinde &quot;malzeme hacmi&quot; dir &quot;boş hacim.&quot; Bu bozulmuş yüzey hacim değişimi. (Bu fonksiyonu yoktur, ancak bir histogram var mı, ya da açıkça yüzeyi üzerinde yükseltilmiş veya yüzeyin altında hangi alanlarda görselleştirmek için yazılım için, 3.2 adım ve 3.3 adıma gidin atlayın.) </li></ol> Aşağıdaki üç adım aşınma hacmi ölçmek için alternatif bir yöntem tarif. <ol start="3"><li> AOI Invertadım 3.1 &#39;den yara bölgesi (skar şimdi dahildir) analiz edilecek sağlamaktır. </li><li> Verilerin bir histogram oluşturur. Histogram ordinat üzerindeki apsis vs rastlanma sıklığı dikey yüksekliği bir grafiktir. Z = 0 konumunda (Şekil 6 solda) Sıra bir imleç. Bu histogram zirvesinde olmayabilir. Bu şekilde imleçler seçici düzleminin altında sadece eksik malzeme analiz kurulmuştur. Yazılım iki imleçler arasında toplam hacim entegre. Kırmızı renkli bölgede atlanırsa ne gösterir. Şekil 6 &#39;da portakal Renksiz alanlar doğru yüzeyinin altında bulunmaktadır. Histogram fonksiyonu yüzeyinden kayıp malzeme ölçmek için gösterildiği gibi yerleştirildiğinden imleçler ile bir &quot;boş hacim&quot; sayı üretmek gerekir. </li><li> Aynı histogramın kullanılması, diğer ucunda Z = 0 yükseklik konumu (Şekil 7 sol) &#39;da diğer imleç bu süre yerleştirmek, ve diğerleri. Içinde turuncu Renksiz alanlar <strong&gt; Şekil 7 sağ yüzey üzerindedir. Histogram fonksiyonu bir &quot;malzeme hacmi&quot; sayı üretmek gerektiğini, yani artı malzeme düz bir yüzey üzerinde kaldırdı. Toplam aşınma çıkarılır &quot;malzeme hacmi&quot; &quot;boş hacim,&quot; adım 3.2 ile aynıdır. Histogram yöntemi adım 3.2 &#39;de aynı aşınma hacmi vermelidir, ancak yükseltilmiş ve alçaltılmış malzeme dağıtımı hakkında ek ayrıntılar sağlar ve bu alanda dağılımının bir harita gösterir. </li></ol> Yukarıdaki örnekte aşınma izi kaybolan hiçbir net malzeme yoktur, bunun yerine maddi kazanç yoktur. Bu sıradışı, ama malzeme bir test counterface diğerine aktarır bazen oluşur. Aynı &quot;düz yüzey karakterizasyonu&quot; yaklaşımları iyon püskürtme ve izleyin örnekler dikkate lazer ablasyonu ile deneylerde kaldırılan birimler elde etmek için yararlıdır. 4. Düz Yüzey - kraterler ve İyon Demeti ProDosyaları Ölçümler Püskürtme Verim Belirlemede ve Zaman-derinlemesine Kalibrasyon Gerçekleştirilir Doğrudan bir tartma veya kuvars mikrokristal denge, 8, 9 biz WLI yöntem doğrudan görüntülenmesi için yararlı olduğunu bulmak göre kütle kaybı yöntemi kullanılarak püskürtme verimi tahmin etmek için, bilinen ve yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir, bir alternatif olarak / iyon ışın noktalar püskürtülür bir iyon demeti. Şekil 8 tarama statik fışkırtması / raster elde kraterler (zeytin açık onların kraterler karşı normal olayı statik 5 keV ve 150 eV Ar + iyon ışınları bir noktada (yeşil katı ve mavi noktalı çizgiler) boyuna kesitleri karşılaştırır çevreleri ve camgöbeği açık elmas) 100 × 100 piksel bir Cu yüzeyi (110) tek kristal üzerinde aynı iyon demeti dijital raster tarama ile elde. Statik kiriş çakışıyor karşılık eğrisi iyon demeti raster tarama sırasında krater oluşturur nasıl göstermek için krater bir kenarına d sputterprofilleme epth. 5. Düz Yüzey - Karakterizasyon Ultrafast Lazer Ablasyon Ultrafast lazer ile kesip alma ısı etkilenmiş bölge en aza indirirken, bir katı maddeyi çıkarmak için bir yöntem olarak tanımlanır. 10 Bu proses yüksek düzeyde bir boy oranları ve geri kalan malzeme en az zarar (çatlama, oksidasyon) ile yüksek bir oranda mikro sağlar, ve olanağını saydam malzemelerin verimli şekilde ablasyonu. 11. Daha yakın ilgi, analitik bir araç olarak ultrafast ablasyon kullanarak geliştirdi. ablasyon işleminin 12-15 yüksek nonlineerlik de anlamlı (ışınlanmış spot büyüklüğü altında kesilen nokta boyutunu azaltmak için bir araç sağlar en iyon ışın yöntemleri ile rekabetçi olmayan süre tipik olarak 1 / e 2) ile tanımlanan ve hatta kırınım sınırın altına olarak gösterilmiş olduğu gibi. 16 Derinlik çözünürlüğü, &lt;20 nm olabilir. Kaldırma oranları kolayca artırılabilirnonlineer laser akısının artırarak, malzemenin mikron ile çok hızlı bir şekilde profil mevcuttur. İdeal olarak, ultra hızlı ablasyonu kazıma karakterize hızlı ve kantitatif ve iyi kalibre bir tekniktir, WLI tarafından yerine tüm özellikleri gerektirir. Şekil 9 Bir ultrafast (60 fs, 800 nm) ≈ 8 mm ve 0.4 ve 1.0 J / cm 2 karşılık fluences sahip. Bir nokta boyutuna odaklanmış lazer ışını ile GaAs tekrarlayan ablasyonu oluşturduğu iki komşu kraterler yalancı görüntüleri gösterir 6. Eğimli Yüzeyler - Mekanik Aşınma Analizi Kavisli bir düzenli yüzey (top veya silindir) hacmi analizi düz ile benzer, ancak eğrilik çıkarılması gerekir. Aşağıdaki protokolü bir çelik topu dairesel bir aşınma izi bir analizini gösterir. Bir top kaybetti ses bulmak için bir ile bir top dönüştürmek için matematiksel işlem yapmak için gerekli olanbir girinti ile düz bir düzlem içine düz bir alan, daha sonra düz yüzeylerde Bölüm 3 yapıldığı gibi girinti hacmini ölçmek. Bir topu bir aşınma izi ilk histogram tekniği ile daha sonra, basit otomatik tekniği kullanılarak, ölçülecektir. <ol><li> Şekil 10 sol bir top bir aşınma izi bir izometrik görünümde gösterir. Aşınma izi dışlayan bir AOI seçin ve kesintisiz bir düzlük ortasında, yıpranmış bir depresyon böylece yüzey dönüştürecek yazılımı eğri uydurma aracını seçin. Eğrilik kaldırma bir yinelemeli bir teknik olabilir Çünkü bozulmamış bölge düzeyinde doğruluk nm için düz olacak şekilde uygun birkaç kez çalıştırmak için gerekli olabilir. Aşınma izi herhangi görünür eşbiçimsizliğinden dışında bir sorun olduğunu gösterir ve hesaplama doğru olmayacaktır. Için yara dışında ortalama yüksekliği ayarlayın Z 10 sağ düzgün bir AOI Z = 0 eğrilik giderme ve ayar sonrası yara bir yalancı görünümdür = 0. Şekilaşınmış alan maskeleme. </li><li> Şekil 11&#39;de gösterilen aşınma, analiz etmek, varsa, ölçme aracını kullanın. Toplam aşınma hacmi çıkarılır &quot;malzeme hacmi&quot; dir &quot;boş hacim.&quot; </li></ol> Aşağıdaki adımları aşınma hacmi ölçmek için alternatif bir yöntem tarif. <ol start="3"><li> AOI ters çevirme adımı 3.3 ile aynı biçimde, böylece aşınma izi dahildir. Verilerin bir histogram oluşturur. Z = 0 konumunda Sıra bir imleç (Şekil 12 solda). Şekil 12 de turuncu Renksiz alanlar doğru yüzeyinin altında bulunmaktadır. Histogram fonksiyonu bir &quot;boş hacim&quot; sayı üretmek gerekir. </li><li> Aynı histogramın kullanılması, diğer ucunda Z = 0 yükseklik konumu (Şekil 13 sol) &#39;da diğer imleç bu süre yerleştirmek, ve diğerleri. Şekil 13 turuncu Renksiz alanlar doğru yüzeyi üzerinde bulunmaktadır. Histogram fonksiyonu bir &quot;malzeme hacmi&quot; sayı üretmek gerekir. Toplamaşınma hacmi &quot;boş hacim,&quot; adım 3.2 ile aynı çıkartılır düzlemi üzerinde &quot;malzeme hacmi&quot; dir. Histogram yöntemi adım 6.2 &#39;de aynı aşınma hacmi hesaplamak gerekir, ancak yükseltilmiş ve alçaltılmış malzeme dağıtımı hakkında ek ayrıntılar sağlar ve bu alanda dağılımının bir harita gösterir. </li></ol>

Çıkar çatışması ilan etti.

Örnek 1 WLI yaygın tribolojik çalışmalarında yüzey karakterizasyonu için kullanılan, ama aslında birçok kişi geometrileri için aşınma miktarlarının kantitatif ölçümü için güçlü bir yöntemdir değildir. WLI çeşitli görüntüleme yazılım paketleri arasında herhangi biri kullanılarak analiz edilebilir yüzeyin tam bir 3D temsil üretir. Bu paketler, ölçümler, çeşitli gerçekleştirilir etmesine olanak sağlamaktadır. Büyük lateral çözünürlük için, gö...

Elektronik olarak, yapısal olarak, kimyasal: Katı malzemeler yüzeyi büyük oranda, bu maddeler için ilgi özelliklerini belirler. Araştırma birçok alanda, malzemenin yanı sıra (darbeli lazer / magnetron sıçratma birikimi, fiziksel / kimyasal buhar biriktirme tarafından örneğin, ince film biriktirme), malzeme kaldırma (reaktif iyon aşındırma, iyon püskürtme, lazer ablasyon, vs), ya da diğer işlemler, karakterize edilmesi gerekir. Ayrıca, enerjik ışık darbeleri veya yüklü parçacıklar etkileşim yoluyla yüzey modifikasyonu birçok uygulama vardır ve temel ilgi olduğunu. Triboloji, sürtünme ve aşınma çalışmada, ilgi başka bir alandır. Bir benchtop ölçekte, tribolojik testi geometriler çok sayıda var. Non-konformal temas geometriler de kullanılabilir, ve bir bilye ya da silindir kaydırılabilir ya da belli bir süre için, bir düz yüzey, başka bir bilye ya da silindir karşı döndürülmüş ve kaldırılır malzeme miktarı benim edilebilirölçüldü. Aşınma izi üç-boyutlu doğası ve düzensiz olması nedeniyle, optik Profilometre doğru aşınma hacmi ölçümleri elde etmek için uygun bir tek teknik olabilir. Ortak analiz görevleri de yüzey pürüzlülüğü parametreleri, basamak yüksekliği, malzeme hacim kaybı, hendek derinliği, ve benzeri bulunmaktadır, bunların her basit 2D ile 3D topografya görselleştirme için ayrıca elde edilebilir. Optik Profilometre yüzey profiline yeniden oluşturmak için kullanılan herhangi bir optik yöntemi ifade eder. Profilometrik yöntemlerle beyaz ışık interferometrik, lazer konfokal veya yöntemler bulunmaktadır. Bazı optik profilometers konvansiyonel kırınım-sınırlı bir mikroskop hedeflere dayalı yaklaşımlar aracılığıyla bilgi edinin. Örneğin, bir lazer tarama yüzey topografik ve gerçek renk bilgileri elde etmek için bir mikroskop ile entegre edilebilir. İkinci bir yöntem bir seri montajı için geleneksel hedeflerinin odak son derece küçük derinliği sömüren bir teknik kullanır3D topografik harita elde etmek için yüzey içinde-odak &quot;görüntü dilim&quot; es. Bu çalışmada, bir beyaz ışık mikroskobu interferometrik / profilometre mekanik aşınma işlemler sırasında kaybolan madde miktarının ölçümü sağlar, ya da bu tür iyon püskürtme veya kraterler gibi lazer ile kesip alma malzeme aşındırması süreçleri sırasında şeklini göstermektedir. En dikkat sayısız uygulama için yaygın olarak kullanılabilir ve çekici kılan onun büyük kurulu kapasitesine göstermek için bu yöntem metodolojisi ödenir. WLI çoğu türleri numune yüzeyinden yansıyan bir referans ışık sinyali ve ışık arasındaki girişime neden mikroskop objektif dahili bir ayna kullanır Mirau tekniği kullanır. Tüm Mirau interferometresi mikroskop objektif lens içine sığacak ve düzenli bir optik mikroskop (Şekil 1) akuple edilebilir, çünkü Mirau interferometre seçimi, basit kolaylık tarafından dikte edilmektedir. Iki boyutlu arası bir diziferograms bir video kamera ile elde edilen ve yazılım 3D topografik harita monte edilir. Beyaz ışık kaynağı bir monokromatik kaynak doğasında &quot;saçak düzeni&quot; belirsizliği aşmak için yardımcı olur geniş spektrumlu aydınlatma sağlar. Bir ışık kaynağı monokromatik sığ topografik özellikleri daha kesin bir ölçüm elde etmek için kullanılabilir. Lateral çözünürlük temelde λ / 2 (sayısal açıklık, NA = 1) ile sınırlıdır, ancak çoğu durumda daha büyük olduğunu, büyütme bağlı / alan-of-view boyut canlandiriyor objektif ve NA tarafından belirlenir. Ref Tablo 1. 1 bahsedilen tüm parametreler doğrudan bir karşılaştırma vardır. Tekniğin interferometrik doğanın bir fonksiyonu olduğu Derinlik çözüm yaklaşımlarının ≈ 1 nm. Mirau WLI hakkında daha fazla bilgi Refs bulunabilir. 2, 3. Beyaz ışık interferometrik yaklaşımına giriş Ref bulunabilir. 4. Yüzeylerinin analiz için başka yöntemler de vardır atom forcelektron mikroskobu (SEM), ve kalem profilometri tarama e mikroskobu (AFM),. WLI yöntem, bu yöntem ile karşılaştırıldığında olumlu ve yöntemin optik doğası gereği olan kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır. AFM 3 boyutlu görüntüler ve böylece karşılık gelen bir kesit alma yeteneğine sahiptir, ancak AFM yanal (&lt;100 um) ve derinliği (&lt;10 um) eksen de sınırlı bir tarama özelliğine sahiptir. Bu aksine, WLI başlıca avantajı aynı anda gerçek bir 3D görüntüleme yeteneği ile birkaç milimetre kadar esnek alanında-of-view (FOV) &#39;dir. Biz gösteren gibi Buna ek olarak, sadece tek bir yüzey değiştirmenin problemleri çözmek için, çeşitli sağlayan geniş dikey tarama aralığı kapasitesine sahiptir. AFM ile çalıştım Araştırmacılar düşük düşey gradyanlar uzamış özelliklerini ölçen bir örnek düzlemi konumlandırma ile sorunun farkında. Genelde, bir AFM üzerinde bir &quot;ekspres&quot; tekniği olarak WLI / OP düşünüyorum. Tabii ki, oradasadece AFM, uygun olduğu yerlerde bir dizi: çözülmesi için yanal özellikleri karakteristik WLI arasında yanal çözünürlüğü daha küçük boyutlar ve WLI verileri bir şekilde bir örnek bilinmeyen ya da kompleks optik özelliklerine bağlı olarak belirsiz durumlarda olduğu zaman ölçümlerin doğruluğunu (daha sonra tartışılacak), vb etkiler SEM herhangi bir geleneksel optik mikroskop sunabileceği daha büyük odak büyük derinliği ile FOV boyutu açısından çok esnek olması, yüzeylere bakmak için güçlü bir yoldur. Aynı zamanda, SEM ile 3D görüntüleme daha sonra farklı arasında anaglyphic yöntem ile 3D görüntüler ile dönüştürülmüş ya da optik izleyicisi ile gözleyerek ya da derinlikte doğrudan hesaplanması için kullanılan stereo-çift görüntü alma gerektirdiğinden olarak, hantal Bir örnek üzerinde ilgi çekici. 5 tersine, WLI / OP profilometrisi eşzamanlı esnek FOV ile 3D rekonstrüksiyon kolay kullanımı sunuyor. WLI tam tararyükseklik aralığı (nanometre mikron yüzlerce) Belirli örnek için gerekli. WLI SEM ile ilgili bir sorun olabilir örnek malzemenin elektriksel iletkenlik, etkilenmez. WLI açıkça bir vakum gerektirmez. Diğer taraftan SEM üstün bilgi sağlayan için bir dizi uygulama vardır: bir örnek farklı bölümlerinde topografik olarak ayırt edilebilen karakteristik bir WLI lateral çözünürlüğü aşağıdaki boyutlar, ya da olgunun çözülmesi için yanal ® yalnızca ikincil elektron emisyon katsayıları farklıdır. Yaygın olarak ikincil iyon kütle spektrometrisi 6 ve mikroelektromekanik sistemler karakterizasyonu 7 alanında kullanılan yüzey kontrol için bir tane daha teknik, kalem Profilometre olup. Bu teknik nedeniyle basitlik ve sağlamlık popüler. Bu, numune yüzeyi üzerinde bir iğnenin ucunun doğrudan mekanik temas tarama dayanmaktadır. Bu kaba bir temas araçtır, Hangi bir kerede tek bir hat boyunca tarama yapabiliyor. Bu 3D yüzey raster tarama görüntüleme son derece zaman alıcı hale getirir. Kalemle tekniğin diğer bir dezavantajı yüksek boy oranı ve bir ucu yarıçapı ve bir ipucu apeks açısı ima onun karakteristik ucu boyutu (genellikle birkaç mikron mikron) ile karşılaştırılabilir boyutta yüzey özellikleri ölçme güçlüktür. Kalemle profilometrisi bir avantajı WLI / OP ölçümleri (daha sonra tartışılacak) doğruluğunu etkileyebilir örnek optik özellikleri, değişen onun duyarsızlık olduğunu. Bu madde de, geleneksel bir yüzey haritaları Mirau-tipi WLI (Şekil 1) kullanılarak elde edilmiştir. Böyle Zygo, KLA-Tencor, Nanobilim, Zemetrics, Nanovea, ÖN, Keyence, Bruker, ve Taylor Hobson gibi birçok şirket ticari masa üstü OP aletleri üretmek. Edinilen haritalar yeniden ve sık WLI, taramalı elektron, o için kullanılan tip ticari yazılımı kullanılarak işlendir prob mikroskobu. Yazılım bölümü profil analizi, geçersiz ve malzeme hacmi hesaplamaları ve uçak düzeltme çapraz, yüzeyin matematiksel işlemler gerçekleştirmek için yeteneğine sahiptir. Diğer yazılım paketleri bu özelliklerden bazıları otomatikleştirmek olabilir.

<table border="1"><tbody><tr><td> Tek kristal silisyum yüzeylerde, GaAs ve Cu </td><td></td><td></td><td> püskürtme ve ablasyon için </td></tr><tr><td> Saf metal alaşımları </td><td></td><td></td><td> triboloji örnekler için </td></tr></tbody></table>

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

Malzeme bilimi ve mühendisliği yılında mikrometre lateral çözünürlük ile yüzey topografyası kantitatif ölçümler elde etmek için sık sık gerekli olabilir. Ölçülen yüzey 3D&#39;yi topoğrafik haritalar sonradan gerekli bilgileri ayıklamak için yazılım paketleri kullanarak çeşitli analiz edilebilir. Bu yazıda nasıl beyaz ışık interferometre ve genel yüzey analiz yazılımı ile birlikte genel olarak optik profilometre (OP), tarif, malzeme bilimi ve mühendislik işleri için kullanılabilir. Bu makalede, kütle spektrometresi yüzey değişikliklerinin incelenmesi, ve triboloji ve yağlama olayları giymek için beyaz ışık interferometre uygulamaları bir dizi gösterilmiştir. Biz enerjik iyonları (fışkırtması) ve lazer ışınları (ablasyon) yanı sıra tribolojik test örneklerinin aşınma ex-situ ölçümleri ile yarı iletkenler ve metallerin etkileşimi ürünleri karakterize. </p&gt; Özellikle, biz tartışacağız: <ol class="lroman"><li> Böyle sıçratma oranları / Si ve Cu verimi ölçümleri ve sonraki zaman-derinlik dönüşümü gibi geleneksel iyon fışkırtması tabanlı kütle spektrometresi Yönleri. </li><li> Bir yarı iletken yüzeye sahip femtosaniye lazer ışınlama etkileşimin kantitatif karakterizasyonu sonuçları. Bu sonuçlar, buharlaştırılmış malzeme miktarları puls başına atım süresi ve enerji yardımı ile incelenmiştir ve kontrol edilebilir ablasyon kütle spektrometrisi, gibi uygulamalar için çok önemlidir. Böylece, krater geometrisi belirleyerek bir deney kurulum koşullarına karşı derinlik ve lateral çözünürlük tanımlayabilirsiniz. </li><li> Iki boyutlu, ve sürtünme sonucu ortaya çıkar ve testler aşınma yüzeyi aşınma kantitatif ölçümleri pürüzlülük parametreleri ölçümleri. </li></ol> Bazı doğasında dezavantajları, olası eserler ve beyaz ışık belirsizlik değerlendirmelerinterferometri yaklaşım tartışılmakta ve açıklanacaktır.

<html><img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/50260/50260fig1.jpg" /> Şekil 1, bu çalışmada kullanılan basit bir profilometre ve Fotoğraf:. Birden çok hedefi taret resimde görülmektedir. İki hedefleri (10x ve 50x) standart ve iki Mirau hedefleri (10x ve 50x) vardır. Bu mikroskop 0.62 adım adım büyütme çarpanları, 1.00, 1.25, veya 2.00 seçilecek sağlayan bir ara büyütme özelliği vardır. <a href="https://www.jove.com/fi...

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

Beyaz ışık mikroskobu interferometri yüzeylerinin topografyası ölçmek için optik, temassız ve hızlı bir yöntemdir. Ve malzeme bilimindeki iyon demeti fışkırtması veya lazer ablasyonu hacimleri ve derinlikleri belirlemek için; Bu yöntem tribolojik test örnekleri üzerinde izleri incelendiğinde giyim mekanik aşınma analizi, doğru nasıl uygulanabileceğini gösterilir.

İyon Püskürtme Uygulamaları, Lazer Ablasyon ve Triboloji Deneyler: Beyaz Işık Interferometre ile yüzey modifikasyonları Karakterizasyonu

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 Görüntüleme.  Argonne National Laboratory. Beyaz ışık mikroskobu interferometri yüzeylerinin topografyası ölçmek için optik, temassız ve hızlı bir yöntemdir. Ve malzeme bilimindeki iyon demeti fışkırtması veya lazer ablasyonu hacimleri ve derinlikleri belirlemek için; Bu yöntem tribolojik test örnekleri üzerinde izleri incelendiğinde giyim mekanik aşınma analizi, doğru nasıl uygulanabileceğini gösterilir.

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).

Fotonik Kristal Yavaş Işık Dalga Kılavuzları Ve Çürükler Üretimi ve Karakterizasyonu

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 ...

Mühendislik

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

Sinkrotron Radyasyon Teknikleri Kullanarak Lityum İyon ve Sodyum iyon piller için elektrot Malzemelerin Karakterizasyonu

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.

Sıvı Ortamda Darbeli UV Lazer Radyasyonla Silikon Yüzey Islanabilirliği Seçici Alan Değişikliği

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.

MEMS Muayene ve Karakterizasyonu için kompakt Lens az Dijital Holografik Mikroskop

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.

Toplu Heterojonksiyonlar Solar Hücre Baskı İmalatı ve<em&gt; In Situ</em&gt; Morfoloji Karakterizasyonu

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.

Beyaz Fabrikasyon Exciplexes gelen Kararlı Emisyon ile elektrokimyasal Hücreleri Işık yayan

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.

Optik Rezonatör ve Lazer Uygulamalarında Polimer Mikrokürelerin Üretimi

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.

Microfabricated kullanarak iyonları bindirme için deneysel yöntemleri iyon tuzakları yüzey

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.

Vakum malzemelerin üretim ve organik ışık yayan diyotlar yatırılır

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.

Genlik ve lazer ışınları aşaması bir salt faz mekansal ışık modülatörü kullanarak şekillendirme

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