Name: characterization of surface modifications by white light interferometry: applications in ion sputtering, laser ablation, and tribology experiments
Uploaded: 2013-02-27T12:00:00
Description: 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

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 örne...

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="http://www.jove.com/fil...

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. ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And 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 ...

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

Uyarma ve oranları arasında ışık Emitters ve yüzey Plasmon Polaritons kaplin belirlenmesi

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...