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更新時間：2024-11-22 13:32:01
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有電子零件的小型化和薄型化一直是當今時代的趨勢。然而，納米科學(xué)和納米技術(shù)在 60 年代仍然是科幻小說，1974 年shou次使用納米技術(shù)這個詞。同時，原子力顯微鏡 (AFM) 和掃描聲學(xué)顯微鏡 (SAM) 被開發(fā)出來。今天，納米技術(shù)代表著巨大的投資——甚至來自政府——以及價值數(shù)千億歐元的市場。
納米尺度的無損檢測是這里的目的。超聲波廣泛用于航空工業(yè)或醫(yī)學(xué)超聲檢查。在這種情況下達到的空間分辨率大約是毫米，當我們談到納米技術(shù)時，這已經(jīng)是一百萬倍了。
SAM 系統(tǒng)得益于 MHz/GHz 超聲波的更高清晰度，市場上發(fā)現(xiàn)的小軸向分辨率低于微米。
納米還需要再低 2 到 3 個數(shù)量級，這要歸功于太赫茲超聲波。這些頻率不能用標準傳感器產(chǎn)生，這就是 異步光學(xué)采樣 (ASOPS) 系統(tǒng)配備超快激光器的原因。
ASOPS 成像系統(tǒng)/ 異步光采樣成像系統(tǒng)-neta Jax是市面不多的工業(yè)成像 ASOPS 系統(tǒng)。
ASOPS 成像系統(tǒng)/ 異步光采樣成像系統(tǒng)-neta Jax產(chǎn)品原理：
當激光擊中表面時，大部分能量被外層原子吸收并轉(zhuǎn)化為熱量而不會損壞樣品（圖 2），從而導(dǎo)致瞬態(tài)熱彈性膨脹和超聲波發(fā)射。探頭的選擇對于保持時間和空間分辨率盡可能低也很重要，這就是為什么使用另一種超快激光器作為探頭的原因（圖 3）
超聲波通過薄膜以每皮秒幾納米的速度傳播，并且在遇到不同介質(zhì)時會部分或wan全反彈回表面。
探測激光聚焦在表面，當超聲波回擊表面時，反射率會隨著時間局部波動。檢測反射率的變化并將其作為原始數(shù)據(jù)存儲到計算機中。該技術(shù)通常被稱為皮秒超聲波，它是由 Humphrey Maris 在 80 年代中期在美國布朗大學(xué)開發(fā)的。
很多技術(shù)能夠能夠執(zhí)行皮秒超聲波的技術(shù)，但異步光采樣是新的發(fā)展，也是執(zhí)行完整測量快速的技術(shù)。這里的訣竅是與泵的頻率相比，探針激光的頻率略微偏移（圖 4）。兩個激光器由一個單獨的電子單元同步。探頭在泵后稍稍到達，這種延遲會隨著時間的推移而延長，直到整個采樣結(jié)束。
薄膜對泵激發(fā)的彈性響應(yīng)太快而無法實時測量。您必須人為地延長時間并重建探頭的信號。
上述措施是針對一個點的。使用能夠執(zhí)行皮秒超聲波的更標準的儀器，這將需要幾分鐘。在 ASOPS 中，測量時間不到一秒鐘。這意味著通過簡單地逐點掃描整個表面（圖 5），您將在幾分鐘內(nèi)獲得所研究機械參數(shù)的完整地圖。
厚度測量
例如，如果您對薄膜的厚度感興趣，您可以通過測量樣品表面超聲兩次回波之間的時間輕松檢索準確值（圖 6）。
直到近期，進行這些測量所需的設(shè)置是在一個光學(xué)實驗室中發(fā)現(xiàn)的，該實驗室有一個裝滿鏡子和透鏡的大型蜂窩狀桌子。盡管結(jié)果可觀，但安裝時間和可重復(fù)性通常是主要問題。
希望該技術(shù)現(xiàn)在可供那些只想專注于測量樣品的機械性能而不是照顧所有光學(xué)部件的非專業(yè)人士使用。這種創(chuàng)新和復(fù)雜設(shè)備的工業(yè)化使人們可以輕松訪問新信息。
由于準時測量需要幾毫秒，因此可以輕松地測量整個樣品表面并獲得完整的厚度映射。
在下面的示例中（圖 7），樣品由 500 µm 硅襯底和 255 nm 濺射鎢單層組成。掃描表面約為 1.6 mm x 1.6 mm，XY 方向的橫向分辨率為 50 µm，總共 999 個點。
表面上突出顯示了一個大劃痕，但平均厚度仍保持在 250 nm 范圍內(nèi)。測量總時間不到 10 分鐘，可與使用一個激光和機械延遲線（零差系統(tǒng)）的單點測量相媲美。
到目前為止，生產(chǎn)管理行業(yè)的產(chǎn)品只是零差儀器執(zhí)行皮秒超聲波測量，將表面的全掃描減少到僅在整個晶圓上檢查的極少數(shù)點。
我們剛剛看到單層薄膜厚度測量非常簡單。如果您要處理多個層，則原始數(shù)據(jù)的讀取要復(fù)雜得多。但是，可以對樣本進行建模，并將模擬信號與實際測量值進行比較，并具有令人難以置信的擬合度。
ASOPS 成像系統(tǒng)/ 異步光采樣成像系統(tǒng)-neta Jax產(chǎn)品特點：
系統(tǒng)使用獲得zuanli的光聲技術(shù)設(shè)計無損測量系統(tǒng)。
源自 CNRS 和波爾多大學(xué)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，它依靠激光、材料和聲波之間的相互作用實驗超精密材料物性，薄膜厚度檢測
系統(tǒng)使用無接觸，無損光學(xué)測量。運用激光產(chǎn)生100GHz以上超高頻段超聲波，以此檢測獲得材料諸如厚度，附著力，界面熱阻，熱導(dǎo)率等。
產(chǎn)品尤其適測量從幾納米到幾微米的薄層，無論是不透明的（金屬、金屬氧化物和陶瓷），還是半透明和透明的。 這種全光學(xué)無損檢測技術(shù)（without contact, no damage, no water, no Xray）不受樣品形狀的影響。
產(chǎn)品適用精度可以達 1nm to 30 microns , Z軸分辨率為亞納米
于此同時，系統(tǒng)提供附著力、熱性能（納米結(jié)構(gòu)界面熱阻）測量分析
ASOPS 成像系統(tǒng)/ 異步光采樣成像系統(tǒng)-neta Jax產(chǎn)品應(yīng)用：
多物理場
當你和幾位薄膜專家liao天時，他們都會統(tǒng)一告訴你：
厚度是一個關(guān)鍵參數(shù)
粘連始終是個問題
無損測量是一個很好的改進
越快越好
成像很棒
在行業(yè)中，無論您是在顯示器領(lǐng)域還是在半導(dǎo)體領(lǐng)域工作，厚度和附著力都是制造過程中所有步驟的主要關(guān)注點。皮秒超聲波技術(shù)已經(jīng)用于晶圓檢測，這表明其成熟度和保密性。
附著力測量的標準程序僅適用于扁平和大型樣品，它們具有破壞性。對于 3D 樣品，如果您想檢查非常小的表面上的附著力，激光是解決方案。現(xiàn)在可以在制造過程的每個步驟中在線驗證整個樣品的附著力。
現(xiàn)在學(xué)術(shù)界有不同的關(guān)注點，對原子尺度物質(zhì)行為的理解也越來越深入。
ASOPS 系統(tǒng)可以超越皮秒超聲波——如果我們堅持厚度和附著力，它已經(jīng)是一個很好的信息來源——并且可以從原始數(shù)據(jù)中獲得更多信息，例如熱信息或關(guān)鍵機械參數(shù)。
導(dǎo)熱系數(shù)
導(dǎo)熱系數(shù)是表示材料導(dǎo)熱能力的參數(shù)。
薄膜、超晶格、石墨烯和所有相關(guān)材料在晶體管、存儲器、光電器件、MEMS、光伏等應(yīng)用中具有廣泛的技術(shù)意義。在許多這些應(yīng)用中，熱性能是一個關(guān)鍵的考慮因素，促使人們努力測量這些薄膜的熱導(dǎo)率。薄膜材料的熱導(dǎo)率通常小于其大塊材料的熱導(dǎo)率，有時甚至非常顯著。
與塊狀單晶相比，許多薄膜含有更多的雜質(zhì)，這往往會降低熱導(dǎo)率。此外，由于聲子泄漏或相關(guān)相互作用，即使是原子級wan美的薄膜也有望降低熱導(dǎo)率。
使用脈沖激光是測量薄材料熱導(dǎo)率的眾多可能性之一。時域熱反射率 (TDTR) 是一種可以測量材料熱性能的方法。它甚至更適用于薄膜材料，與散裝的相同材料相比，薄膜材料的性能差異很大。
激光引起的溫度升高可以寫成：
其中 R 是樣品反射率，
Q是光脈沖能量，
C是單位體積的比熱，
A是光斑面積，
ζ是光吸收長度，
z 是進入樣本的距離
光電探測器測得的電壓與R的變化成正比，由此可以推導(dǎo)出熱導(dǎo)率。
在某些配置中，將探針射在樣品底部（圖 8）或反之亦然，以便從樣品的一側(cè)或另一側(cè)獲得更準確的信號，這可能很有用。
表面聲波測量
當泵浦激光撞擊表面時，產(chǎn)生的超聲波實際上是由兩種不同的波模式組成的，一種在本體中傳播，稱為縱向（見圖 2），另一種沿表面?zhèn)鞑ィQ為瑞利模式。
在工業(yè)中，表面聲波 (SAW) 的檢測用于檢測和表征裂紋。
表面波對表面涂層的存在和特性非常敏感，即使它們比波的穿透深度薄得多。
楊氏模量可以通過測量表面波的速度來確定。
表面波在均勻各向同性介質(zhì)中的傳播速度 c 與：
楊氏模量 E，
泊松比 ,
密度
由以下近似關(guān)系
當使用工業(yè) ASOPS 系統(tǒng)對 SAW 進行測量和成像時，泵浦激光器是固定的（圖 8）并且總是擊中同一個點。由于儀器中安裝了掃描儀，探頭正在測量泵浦激光器周圍的信號。
ASOPS異步光采樣成像系統(tǒng) ASOPS異步光采樣成像系統(tǒng)
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