Name: compact lens-less digital holographic microscope for mems inspection and characterization
Uploaded: 2016-07-05T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization at JoVE.com

The authors have no acknowledgements.

1. Voorafgaande Voorbereiding van de meting Opmerking: De voor de proef monster een MEMS elektrode. De gouden elektroden worden gefabriceerd op een silicium wafer met behulp van een lift off proces. Het monster is een 18 mm x 18 mm wafer met periodieke structuren (elektroden) met 1 mm periode <ol><li> Meld u aan bij het logboek voor het gebruik van het systeem. </li><li> Zet de computer, LASER en vertaling podium macht. </li><li> Plaats de MEMS elektrode / micro-membraan monster. <ol><li> Plaats de MEMS monste...

<ol>
	<li>Maluf, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An introduction to Microelectromechanical Systems. , (2002).</li><li>Novak, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MEMS+metrology+techniques.">MEMS metrology techniques.</a> Proc. SPIE. 5716, 173-181 (2005).</li><li>Gabor, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New+Microscopic+Principle.">A New Microscopic Principle.</a> Nature. 161 (4098), 777-778 (1948).</li><li>Schnars, U., J&#252;ptner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+recording+of+holograms+by+a+CCD+target+and+numerical+reconstruction.">Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction.</a> Appl. Opt. 33 (2), 179-181 (1994).</li><li>Schnars, U., J&#252;ptner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+recording+and+numerical+reconstruction+of+holograms.">Digital recording and numerical reconstruction of holograms.</a> Meas. Sci. Technol. 13 (9), 85-101 (2002).</li><li>Pedrini, G., Schedin, S., Tiziani, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lensless+digital+holographic+interferometry+for+the+measurement+of+large+objects.">Lensless digital holographic interferometry for the measurement of large objects.</a> Opt. Commun. 171 (1-3), 29-36 (1999).</li><li>Dubois, F., Joannes, L., Legros, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+three-dimensional+imaging+with+a+digital+holography+microscope+with+a+source+of+partial+spatial+coherence.">Improved three-dimensional imaging with a digital holography microscope with a source of partial spatial coherence.</a> Appl. Opt. 38 (34), 7085-7094 (1999).</li><li>Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+digital+microscopic+holography+with+applications+to+microstructure+testing.">Studies of digital microscopic holography with applications to microstructure testing.</a> Appl. Opt. 40 (28), 5046-5051 (2001).</li><li>Cuche, E., Bevilacqua, F., Depeursinge, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+holography+for+quantitative+phase-contrast+imaging.">Digital holography for quantitative phase-contrast imaging.</a> Opt. Lett. 24 (5), 291-293 (1999).</li><li>Qu, W., Yu, Y., Chee Oi, C., Raj Singh, V., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quasi-physical+phase+compensation+in+digital+holographic+microscopy.">Quasi-physical phase compensation in digital holographic microscopy.</a> J. Opt. Soc. Am. 26 (9), 2005-2011 (2009).</li><li>Schedin, S., Pedrini, G., Tiziani, H. J., Santoyo, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+three-dimensional+dynamic+deformation+measurements+with+pulsed+digital+holography.">Simultaneous three-dimensional dynamic deformation measurements with pulsed digital holography.</a> Appl. Opt. 38 (34), 7056-7062 (1999).</li><li>Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+validation+of+digital+microholo+interferometric+system+for+micromechanical+testing.">Development and validation of digital microholo interferometric system for micromechanical testing.</a> Proc. SPIE. 4778, 11-20 (2002).</li><li>Qu, W., Bhattacharya, K., Choo, C. O., Yu, Y., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transmission+digital+holographic+microscopy+based+on+a+beam-splitter+cube+interferometer.">Transmission digital holographic microscopy based on a beam-splitter cube interferometer.</a> Appl. Opt. 48 (15), 2778-2783 (2009).</li><li>Potcoava, M. C., Kim, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fingerprint+biometry+applications+of+digital+holography+and+low-coherence+interferography.">Fingerprint biometry applications of digital holography and low-coherence interferography.</a> Appl. Opt. 48 (34), 9-15 (2009).</li><li>Kolman, P., Chmel&#236;k, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherence-controlled+holographic+microscope.">Coherence-controlled holographic microscope.</a> Opt. Express. 18 (21), 21990-22003 (2010).</li><li>Lee, M., Yaglidere, O., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field-portable+reflection+and+transmission+microscopy+based+on+lensless+holography.">Field-portable reflection and transmission microscopy based on lensless holography.</a> Biomed. Opt. Express. 2 (9), 2721-2730 (2011).</li><li>Mico, V., Zalevsky, Z., Garc&#236;a, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Common-path+phase-shifting+digital+holographic+microscopy:+a+way+to+quantitative+phase+imaging+and+superresolution.">Common-path phase-shifting digital holographic microscopy: a way to quantitative phase imaging and superresolution.</a> Opt. Commun. 281 (17), 4273-4281 (2008).</li><li>Singh, V. R., Miao, J., Wang, Z., Hedge, G. M., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+characterization+of+MEMS+diaphragm+using+time+averaged+in-line+digital+holography.">Dynamic characterization of MEMS diaphragm using time averaged in-line digital holography.</a> Opt. Commun. 280 (2), 285-290 (2007).</li><li>Singh, V. R., Anderi, A., Gorecki, C., Nieradko, L., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+MEMS+cantilevers+lensless+digital+holographic+microscope.">Characterization of MEMS cantilevers lensless digital holographic microscope.</a> Proc. SPIE. 6995, 69950F-1 (2008).</li><li>Schmidt, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+Simulation+of+Optical+Wave+Propagation+with+Examples+in+MATLAB.">Numerical Simulation of Optical Wave Propagation with Examples in MATLAB.</a> SPIE PRESS BOOK. , (2010).</li><li>Zhao, M., Huang, L., Zhang, Q. C., Su, X. Y., Asundi, A., Qian, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quality-guided+phase+unwrapping+technique:+comparison+of+quality+maps+and+guiding+strategies.">Quality-guided phase unwrapping technique: comparison of quality maps and guiding strategies.</a> Appl. Opt. 50 (33), 6214-6224 (2011).</li><li>Wang, Z., Qu, W., Yang, F., Wen, Y., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+autofocus+method+based+on+angular+spectrum+method+in+digital+holography.">A new autofocus method based on angular spectrum method in digital holography.</a> Proc. SPIE. 9449, 2-7 (2015).</li></ol>

In deze review, bieden we een protocol om nauwkeurig te herstellen van de kwantitatieve morfologie van verschillende MEMS apparaten met behulp van een compact systeem te vertrouwen op digitale holografie. MEMS karakterisering in zowel statische als dynamische modus wordt aangetoond. Kwantitatieve 3D gegevens van een microkanaal MEMS verkregen. Om de nauwkeurigheid van het systeem te valideren, zijn de resultaten vergeleken tussen de CDHM en de AFM. Goede overeenkomst is gevonden betekent dat de digitale holografie een b...

Metrologie van micro- en nano-objecten is van groot belang voor zowel de industrie en onderzoekers. Inderdaad, miniaturisatie van objecten vormt een nieuwe uitdaging voor optische metrologie. Micro elektromechanische systemen (MEMS) zijn over het algemeen gedefinieerd heeft elektromechanische systemen geminiaturiseerde en bestaat meestal componenten zoals micro sensoren, micro-actuatoren, micro-elektronica en microstructuren. Het heeft vele toepassingen in diverse gebied, zoals de biotechnologie, geneeskunde, communicatie en sensing 1 gevonden. Onlangs heeft de toenemende complexiteit en de progressieve miniaturisatie van testobject kenmerkt vereisen dat geschikte karakteriseringstechnieken voor MEMS. Hoge doorvoer productie van deze complexe microsystemen vereist de implementatie van geavanceerde inline meettechnieken, om karakteristieke parameters en aanverwante defecten veroorzaakt door de procescondities 2 kwantificeren. Bijvoorbeeld, de afwijking van geometrische paramters in een MEMS inrichting beïnvloedt de systeemeigenschappen en moet worden gekarakteriseerd. Bovendien, de industrie vereist hoge resolutie meetprestaties, zoals volledige driedimensionale (3D) metrologie, grote zichtveld, hoge resolutie imaging, en real-time analyse. Aldus is het essentieel om een ​​betrouwbare kwaliteitscontrole en inspectie te waarborgen. Bovendien vereist het meetsysteem eenvoudig implementeerbaar op een productielijn en dus relatief compact op bestaande infrastructuren te worden geïnstalleerd te zijn. Holografie, die voor het eerst werd geïntroduceerd door Gabor 3, is een techniek die het herstel van de volledige kwantitatieve informatie van een object mogelijk maakt door het opnemen van de interferentie tussen een referentie- en een objectgolf een lichtgevoelig medium. Tijdens dit proces wordt de opname, de amplitude, fase en polarisatie van een veld zijn opgeslagen in het medium. Toen het veld golf object kan worden hersteld door het sturen van de referentie-bundel op het meDIUM, een proces dat bekend staat als optische lezing van het hologram. Omdat een conventionele detector alleen registreert de intensiteit van de golf, is holografie een onderwerp van groot belang geweest in de afgelopen vijftig jaar, omdat het de toegang tot extra informatie over het elektrische veld geeft. Echter, een aantal aspecten van de conventionele holografie maken het onpraktisch voor industriële toepassingen. Inderdaad, fotogevoelige materialen zijn duur en het opnameproces vereist in het algemeen een hoge stabiliteit. Vooruitgang in hoge resolutie camera sensoren zoals geladen gekoppelde inrichtingen (CCD) hebben een nieuwe aanpak voor digitale metrologie geopend. Een van deze technieken staat bekend als digitale holografie 4. In digitale holografie (DH), wordt het hologram opgenomen met een camera (registratiemedium) en numerieke processen worden gebruikt om de fase en intensiteitsinformatie reconstrueren. Zoals bij conventionele holografie, kan het resultaat worden verkregen na twee procedures: de opname- en reconstructie zoals in Fifiguur 1. Indien de opname is gelijk aan conventionele holografie, de reconstructie slechts numerieke 5. De numerieke reconstructie werkwijze wordt getoond in figuur 2. Twee procedures zijn betrokken bij de wederopbouw. Eerst wordt het golfveld object opgehaald uit het hologram. Het hologram wordt vermenigvuldigd met een numerieke referentie-wave naar het object golffront het hologram vliegtuig te krijgen. Ten tweede wordt het complex object golffront numeriek doorgegeven aan het beeldvlak. In ons systeem, wordt deze stap uitgevoerd met de convolutie methode 6. De gereconstrueerde veld verkregen is een complexe functie en dus fase en intensiteit kan worden gewonnen verstrekken van kwantitatieve hoogte-informatie over het object van belang. Het vermogen van gehele veld informatieopslag in holografie werkwijze en het gebruik van computertechnologie voor snelle gegevensverwerking bieden meer flexibiliteit bij experimentele configuratie en significante toename van de speed van de experimentele proces, opent nieuwe mogelijkheden om DH ontwikkelen als een dynamische metrologische tool voor MEMS en micro-systemen 7,8. Het gebruik van digitale holografie in fase contrast beeldvorming is nu goed ingeburgerd en werd voor het eerst meer dan tien jaar geleden 9 gepresenteerd. Inderdaad, onderzoek microscopische inrichtingen combineert digitale holografie en microscopie uitgevoerd in vele studies 10, 11, 12, 13. Verschillende systemen op basis van hoge coherentie 14 en lage coherentie 15 bronnen alsmede verschillende geometrie 13, 16, 17 (in lijn, off as gemeenschappelijke weg ...) werden gepresenteerd. Bovendien, in overeenstemming digitale holografie is eerder gebruikt karakterisering van MEMS inrichting 18, 19. Maar deze systemen zijn doorgaans moeilijk te implementeren en volumineus, waardoor ze ongeschikt voor industriële toepassingen. In deze studie, stellen we een compact, eenvoudig en lens free-systeem op basis van off AXIs digitale holografie in staat om real-time MEMS inspectie en karakterisering. De compacte digitale holografische microscoop (CDHM) is een lens minder digitale holografische systeem ontwikkeld en gepatenteerd om de 3D-morfologie van micro-size spiegelende objecten te verkrijgen. In ons systeem, een 10 mW, zeer stabiel, temperatuurgestuurde diodelaser werkt bij 638 nm wordt gekoppeld in een mono-mode fiber. Zoals getoond in figuur 3, wordt de divergerende bundel afkomstig van de vezel splitsen in een referentie- en een objectbundel door een bundeldeler. De referentie-bundel pad bestaat uit een gekantelde spiegel aan de geometrie buiten de as te realiseren. Het object bundel wordt verstrooid en gereflecteerd door het monster. De twee bundels interfereren op de CCD die het hologram. Het interferentiepatroon afgedrukt op het beeld wordt een ruimtelijk vervoerder genoemd en maakt het herstel van de kwantitatieve fase-informatie met slechts één beeld. De numerieke reconstructie wordt uitgevoerd met een gewone Fourier transformatie en convolutie algoritme stated eerder. De lens-minder configuratie heeft meerdere voordelen maken het aantrekkelijk. Aangezien er geen lenzen, worden de ingevoerde bundel is een divergerende golf die een natuurlijke geometrische vergroting en daarmee de resolutie systeem verbeteren. Bovendien is het vrij van aberraties aangetroffen in typische optische systemen. Zoals te zien is in figuur 3B, kan het systeem compact worden gemaakt (55x75x125 mm 3), licht (400 g), en kan dus eenvoudig worden geïntegreerd in industriële productielijnen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1228">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">2 MP Camera</td>
			<td style="width:251px;">Imaging Source</td>
			<td style="width:251px;">DMX 41BU02</td>
			<td style="width:512px;">used to record the hologram. 4.65 microns pixel size</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Motorized X,Y,Z Translation Stage</td>
			<td style="width:251px;">Zaber Technology&#160;</td>
			<td style="width:251px;">TLS28-M</td>
			<td>Holder for the system&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Beam splitter</td>
			<td style="width:251px;">Edmund optics</td>
			<td style="width:251px;">49-003</td>
			<td>Cube Beam splitter. Separate and recombine the object and reference beam</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Laser&#160;</td>
			<td style="width:251px;">Micro Laser Systems, Inc.</td>
			<td>SRT-F635S-20/OSYS</td>
			<td>Diode laser</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mirror</td>
			<td style="width:251px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:251px;">#43-412-566</td>
			<td>1&#34; Dia. Protected Gold, &#955;/20 Flat Zerodur</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">monomode Fiber</td>
			<td style="width:251px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:251px;">S405-XP</td>
			<td style="width:512px;">Single Mode Optical Fiber, 400 - 680 nm, &#216;125 &#181;m Cladding</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sample holder</td>
			<td style="width:251px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:251px;">#39-930</td>
			<td>Ideal Positioning Platform,&#177;35mm Travel in Both X and Y</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hotplate</td>
			<td style="width:251px;">Thermolyne Mirak hotplate</td>
			<td style="width:251px;">Barnstead International HP72935-60</td>
			<td>temperature range&#160;&#160; 40-370 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Holoscope Software</td>
			<td style="width:251px;">d&#39;Optron Pte Ltd</td>
			<td style="width:251px;">NA</td>
			<td>software developed by the NTU researchers&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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.

De hierboven beschreven protocol werd ontworpen om te inspecteren en te karakteriseren MEMS en Micro apparaten met behulp van CDHM systeem. In ons systeem is een mono-mode vezel gekoppeld met een diodelaser werkt bij een golflengte 633 nm. Door de divergerende bundel configuratie, is het belangrijk om de objectbundel en referentiebundel pad passen om een ​​hologram dat kan worden gereconstrueerd verkrijgen. Dit wordt bereikt door zorgvuldige verticale positionering van het monster te...

Watch this Scientific Journal Video about Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization at JoVE.com

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

We presenteren een compact reflectie digitale holografische systeem (CDHM) voor inspectie en karakterisering van MEMS. Een lens-less ontwerp met behulp van een divergerende ingang golf verstrekken van natuurlijke geometrische vergroting wordt aangetoond. Zowel statische als dynamische studies worden gepresenteerd.

Compact Lens-less Digitale Holografische Microscoop voor MEMS Inspectie en karakterisering

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

The overall goal of this procedure is to test micro-electro-mechanical structures to be used in static and dynamic applications using optical full-field measurements with computational and experimental techniques. This method can help answer key questions in the semiconductor industry and more specifically for micro-electro-mechanical system inspection such as the characterization of the mechanical properties of MEMS structures at different stages of manufacturing. The main advantage of this technique is that it is full-field, non-contact, real-time, high-resolution, and it provides a fully quantitative 3D map of the reflective object.The system have been made with no lens and, hence, is really compact. So this method can provide insight into MEMS characterization. It can also be used for wafer inspection or optics reference testing.If set up in a transparent geometry, it is also possible to inspect micro-optics, diffractive optics, or even used for bioimaging. This procedure uses a compact digital holographic microscope, or CDHM, to characterize a micro-electro-mechanical system or MEMS device. For this demonstration, an 11 square millimeter silicon wafer with square gold electrodes positioned every 0.25 millimeters will be characterized.Using tweezers, place the MEMS sample on the sample holder. Adjust the sample holder so that the laser beam targets the electrodes. The largest possible field of view is limited by the camera sensor, and in this case, is 2.3 by 1.8 millimeters.Vertically position the system about 1.5 centimeters from the sample, and proceed with setting up the 3D View software. This package was developed in C+Begin with clicking on the green box icon to select the video imaging device. Choose the DMx 41BU02 imaging source camera in the drop-down menu.Next, under the Device Settings, Select the Y800 Video Format option, and set the capture rate to 15 Frames Per Second. Press OK, and start the camera using the yellow play button. A live video image of the sample should appear.The displayed image should be a defocus image of the sample. Adjust the exposure time and contrast of the image if needed. Now, center the sample as best as possible and access the Settings options.There, set the System Type to Reflection or Transmission. Check that the wavelength of the laser is set to 633 nm, The Pixel size of the camera to 4, 650 nm, and the magnification is times two. Next, select the Convolution Reconstruction algorithm, and set the Reconstruction Distance to 100 mm and the Reconstruction Step to one.The reconstruction distance can be adjusted later to adjust the intensity image to a sharp focus, while the Step parameter indicates how many times the convolution operation is performed to simulate the beam propagation. This parameter can be changed to fine-tune the reconstruction distance in the intensity image. Lastly, under the Post Processing options, set the Unwrapping algorithm to the Quality mapped option.Make sure that the Intensity filter and the Phase filter options are set to None. Then, press OK.Begin with accessing the 3D View software and opening the Fourier spectrum window. If one zero order and two plus one minus one order spectrums do not appear, check that the sample is placed below the red laser beam.The laser reflection can easily be seen from the sample. Now, stop the live measurement mode and select one of the diffracted orders using the filter tool. Select an area large enough to encompass all the frequencies needed for the phase retrieval.Select the SET option to apply the filter. Then, restart the live measurement mode. With the selection made, and imaging live, open the Phase window and make sure that the unwrapped mode is not enabled.Next, adjust the vertical stage to reduce the number of fringes in the phase image so only one or two fringes remain. Let the system adjust after each stage movement. To find the best reconstruction distance, use the auto-focus option.Several refocus steps may be needed to get to the optimal reconstruction distance. Ultimately, the image should become sharp and clear. Fine focus adjustments can be made using the focus slider bar if the auto-focus is not providing the best result.For very fine focus adjustments, the Reconstruction Step can be changed in the settings. With the image prepared, enable the unwrapped mode to see the unwrapped phase image. In the 3D View software, open the 3D image window to see the final image of sample, and use the available image adjustments to observe the result.On the unwrapped phase image, select the ruler icon and draw a line on the area of interest to get a cross-sectional plot in the line plot window. Now, in the line plot window, use the two green line markers to get an approximate height of the object. To arrange the windows for simultaneous viewing, select the Tile Windows option.Surface roughness can also be calculated on the flat part of the sample using MATLAB software. Save the final phase image as a bitmap for further viewing in other software. To prepare the sample for dynamic analysis, position it on the sample stage for analysis.In this case, the sample is a micro diaphragm. Connect the sample electrodes to the crocodile clips of the generator. Following the described procedures, record a hologram of the micro diaphragm at the ambient temperature for reference.Click on the Delta icon to remove the initial phase, and thus only observe deformation. Then, turn on the DC generator and gradually increase the voltage from zero to 12 volts, taking phase map images at every 1 volt increment. Later, using a simple MATLAB code, plot the different phase map deformations into one graph to better observe the total deformation, and characterize the MEMS deformation to electrical loading.A CDHM system was used to characterize a MEMS device as described, using a monomode fiber coupled to a diode laser operating at a 633 nanometer wavelength. The object beam and reference beam path were matched to obtain a hologram image of the MEMS device. The yellow line represents the cross-section location on the sample, and the two green marker lines were used to estimate the sample height.To validate the results of the digital holographic system, an atomic force microscope was used to measure the same structure. A height difference of 2.1 nanometers was found between the atomic force microscope measurement and the CDHM measurement. A MEMS electrode made using a lift-off process is subject to sample morphology variance that needs quantification.Using the described protocol, a def map was made for this purpose. A plot in the other dimension shows that surface roughness of the electrode is also observable using the system. In a dynamic system, with the temperature rising from 50 to 300 degrees Celsius, morphological changes were measured in a micro diaphragm fabricated by bonding a thin-plate onto an SOI wafer sample.This thermal deformation was then summarized in a line plot showing a cross-sectional view of the different deformation states. After watching this video you should have a clear understanding of how to set up the system and carry out morphological studies related to reflective samples such as 3D profile, deformation maps, and surface roughness. Once trained, anyone can use the software and the system so that it can be easily implemented on production chains and operated by technicians.While attempting this procedure, it's important to remember to place the sample at the right distance from the system. This is an important step. And it has a real impact on the final results.After it's development, this technique b-v for researchers in the field of optical and electrical engineering to categorize the behavior of MEMS samples for static and dynamic conditions. Following this procedure, other experiments like observation of resonant mode while your playing high-frequency alternative current or quantifying cantilever deflection can be performed in order to provide a calibration of a packed column MEMS device.

Research

JoVE Journal

Engineering

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Compact Quantum Dots voor Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

Bouw van een hoge resolutie microscoop met conventionele en holografische optische Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Real-Time DC-dynamische Biasing Methode voor het omschakelen Tijd Verbetering Ernstig Underdamped Fringing-veld elektrostatische MEMS Aandrijvingen

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Single Plane Illumination Module and Micro-capillary Approach for a Wide-field Microscope

Single Plane Verlichting Module en Micro-capillaire Aanpak voor een Wide-field microscoop

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Uitgebreide karakterisatie van Extended Defecten in Semiconductor Materials door een Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems (C-MEMS)

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS

Fabricage van 3D Koolstof Micro-Elektromechanische Systemen (C-MEMS)

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long ...

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

Demonstratie van een Hyperlens-geïntegreerd Microscoop en super resolutie beeldvorming

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters

Design en karakterisatie methodologie voor efficiënte Wide Range afstembare MEMS Filters

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques ...

Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation

Materiële karakterisering van het tarief van de tussenliggende stam met digitaal beeld correlatie

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common ...

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

Implementatie van een niet-lineaire Microscoop op basis van gestimuleerde Raman verstrooiing

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. ...