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ASOPS 成像系統/異步光采樣成像系統
有電子零件的(de)(de)小(xiao)(xiao)型(xing)(xing)化和薄型(xing)(xing)化一直是(shi)(shi)當今(jin)時代的(de)(de)趨勢。然(ran)而，納米(mi)科學和納米(mi)技(ji)術(shu)在 60 年(nian)代仍然(ran)是(shi)(shi)科幻小(xiao)(xiao)說，1974 年(nian)shou次(ci)使用納米(mi)技(ji)術(shu)這(zhe)個詞。同時，原子力顯微鏡 (AFM) 和掃描聲學顯微鏡 (SAM) 被開發出(chu)來。今(jin)天，納米(mi)技(ji)術(shu)代表(biao)著巨大的(de)(de)投資——甚(shen)至來自政(zheng)府——以(yi)及(ji)價值數千億歐元的(de)(de)市(shi)場。
納(na)米尺度的(de)無損檢測是這(zhe)(zhe)里的(de)目的(de)。超聲(sheng)波廣泛(fan)用于(yu)航空(kong)工業或醫(yi)學超聲(sheng)檢查(cha)。在這(zhe)(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下達(da)到的(de)空(kong)間分辨(bian)率大約(yue)是毫米，當我們談到納(na)米技術(shu)時，這(zhe)(zhe)已經是一百萬倍了。
SAM 系統得益(yi)于(yu) MHz/GHz 超聲波的(de)更高清晰度，市(shi)場上發現的(de)小軸(zhou)向分辨率低(di)于(yu)微米(mi)。
納米還需要再低 2 到 3 個數量級，這要歸功于太(tai)赫茲超聲波。這些(xie)頻(pin)率(lv)不能用標(biao)準傳感器(qi)產生，這就(jiu)是(shi) 異步光學采樣 (ASOPS) 系統(tong)配備超快激光器(qi)的(de)原因。
ASOPS 成像(xiang)系統(tong)/ 異步光采樣成像(xiang)系統(tong)-neta Jax是市面不多(duo)的工(gong)業成像(xiang) ASOPS 系統(tong)。
ASOPS 成(cheng)像(xiang)系統/ 異步光采樣成(cheng)像(xiang)系統-neta Jax產品原(yuan)理：
當(dang)激光(guang)(guang)擊中表(biao)面時，大部分能量被外層原(yuan)子(zi)吸(xi)收并轉化為熱(re)量而不(bu)會損壞樣品(pin)（圖(tu) 2），從而導致(zhi)瞬態(tai)熱(re)彈性膨脹和超聲(sheng)波發射。探頭的選擇對(dui)于保持時間(jian)和空(kong)間(jian)分辨率盡可能低也(ye)很重要，這就是為什么使(shi)用另一種(zhong)超快激光(guang)(guang)器作(zuo)為探頭的原(yuan)因（圖(tu) 3）
超聲波(bo)通過薄膜(mo)以每皮秒幾納米的速度傳播(bo)，并且在遇到(dao)不(bu)同(tong)介質時(shi)會部(bu)分(fen)或wan全反彈回表面。
探測(ce)激光聚焦(jiao)在(zai)表面，當超(chao)聲波(bo)回擊表面時，反射率會隨著時間局部波(bo)動。檢(jian)測(ce)反射率的變化并將其(qi)作為原始數據存(cun)儲(chu)到(dao)計(ji)算機中(zhong)。該技術通(tong)常(chang)被稱為皮(pi)秒超(chao)聲波(bo)，它(ta)是(shi)由 Humphrey Maris 在(zai) 80 年代中(zhong)期在(zai)美國(guo)布(bu)朗大學開發的。
很多技(ji)術能夠能夠執行(xing)皮秒超聲(sheng)波的(de)(de)(de)技(ji)術，但(dan)異步(bu)光采(cai)樣是新的(de)(de)(de)發展(zhan)，也是執行(xing)完整(zheng)測(ce)量快速的(de)(de)(de)技(ji)術。這(zhe)里的(de)(de)(de)訣竅是與泵(beng)的(de)(de)(de)頻率相比，探(tan)針激光的(de)(de)(de)頻率略微偏移（圖 4）。兩個(ge)激光器(qi)由一個(ge)單獨的(de)(de)(de)電子單元同步(bu)。探(tan)頭在泵(beng)后稍(shao)稍(shao)到達，這(zhe)種延遲會隨著(zhu)時間的(de)(de)(de)推移而延長(chang)，直(zhi)到整(zheng)個(ge)采(cai)樣結束。
薄膜(mo)對泵激(ji)發的彈性響應太快而無法實時測(ce)量(liang)。您必須人為地延(yan)長時間并重建探頭的信號。
上述(shu)措施(shi)是針(zhen)對一(yi)(yi)個(ge)點(dian)的(de)(de)。使用能夠執行皮秒超聲波的(de)(de)更標準的(de)(de)儀器，這將需要幾分鐘。在 ASOPS 中，測量時間(jian)不(bu)到一(yi)(yi)秒鐘。這意味著通過簡單(dan)地逐點(dian)掃描整個(ge)表面（圖 5），您將在幾分鐘內獲得(de)所(suo)研究機械參數(shu)的(de)(de)完整地圖。
厚度測(ce)量
例如，如果您對薄膜的厚(hou)度感興趣，您可(ke)以(yi)通(tong)過測(ce)量樣品表面超聲兩次回波之間的時間輕松檢索準確(que)值（圖 6）。
直到近(jin)期(qi)，進行這些測量所需的設置是(shi)在一(yi)個光(guang)學實驗室中發現的，該實驗室有一(yi)個裝滿鏡(jing)(jing)子和(he)透鏡(jing)(jing)的大型蜂(feng)窩(wo)狀桌子。盡管結(jie)果可觀(guan)，但安裝時間和(he)可重復性通常是(shi)主要問題。
希望該(gai)技術現(xian)在可供那些只(zhi)想專注于測量樣(yang)品的機械性(xing)能而不是照(zhao)顧所有(you)光學部(bu)件的非專業(ye)人士使用。這種創新(xin)和復(fu)雜設備的工業(ye)化使人們(men)可以輕松訪問新(xin)信息。
由于準時測量(liang)需要(yao)幾毫秒，因此可以輕松(song)地測量(liang)整個樣品表面并獲(huo)得完整的厚度映射。
在下面(mian)(mian)的(de)示例(li)中(zhong)（圖 7），樣品(pin)由 500 µm 硅襯(chen)底和 255 nm 濺射鎢單層組成。掃描(miao)表面(mian)(mian)約(yue)為 1.6 mm x 1.6 mm，XY 方向的(de)橫(heng)向分辨率為 50 µm，總(zong)共 999 個點。
ASOPS 成像系統/ 異步光采樣成像系統-neta Jax系統圖片
表面上突(tu)出顯(xian)示了(le)一個(ge)大(da)劃(hua)痕，但平均厚(hou)度(du)仍保持在 250 nm 范圍內。測量總時間不到 10 分鐘，可(ke)與使(shi)用一個(ge)激(ji)光和機械延遲線（零(ling)差(cha)系統(tong)）的單點測量相媲(pi)美。
到目(mu)前為止，生產管(guan)理行業的(de)產品只(zhi)是零差儀器(qi)執行皮(pi)秒超聲波測(ce)量，將(jiang)表面的(de)全掃(sao)描減少到僅(jin)在整個晶圓上檢(jian)查(cha)的(de)極少數點。
我(wo)們剛剛看(kan)到單(dan)層(ceng)薄(bo)膜厚度測(ce)量(liang)非(fei)常簡單(dan)。如(ru)果您要處(chu)理(li)多個層(ceng)，則原始(shi)數據(ju)的讀取要復(fu)雜得多。但是，可以對樣(yang)本進行建模(mo)，并將模(mo)擬(ni)信(xin)號與實(shi)際測(ce)量(liang)值(zhi)進行比較，并具有(you)令人難以置信(xin)的擬(ni)合度。
ASOPS 成(cheng)像系統/ 異步(bu)光(guang)采樣成(cheng)像系統-neta Jax產品特點(dian)：
系統使用獲(huo)得zuanli的(de)光聲(sheng)技術設計無損(sun)測(ce)量系統。
源自 CNRS 和(he)波(bo)爾多大學(xue)的(de)技術轉讓，它(ta)依靠激光(guang)、材(cai)料(liao)和(he)聲(sheng)波(bo)之(zhi)間的(de)相互作用實驗超精密材(cai)料(liao)物性，薄(bo)膜厚度檢測
系統(tong)使(shi)用(yong)無接(jie)觸，無損光(guang)學測量(liang)。運用(yong)激光(guang)產生100GHz以(yi)(yi)上超高頻段(duan)超聲波，以(yi)(yi)此檢測獲(huo)得(de)材料諸如厚(hou)度(du)，附著力(li)，界(jie)面熱阻，熱導(dao)率(lv)等。
產品尤(you)其適測(ce)量從幾納米(mi)到幾微米(mi)的(de)薄層，無(wu)論是不透明(ming)的(de)（金屬(shu)、金屬(shu)氧化物和(he)陶瓷），還是半(ban)透明(ming)和(he)透明(ming)的(de)。 這種全光學無(wu)損檢測(ce)技術（without contact, no damage, no water, no Xray）不受(shou)樣(yang)品形狀(zhuang)的(de)影響(xiang)。
產品適用精(jing)度可以(yi)達 1nm to 30 microns , Z軸分辨率為亞納米(mi)
于此同時，系統提供附著(zhu)力、熱性能（納米結構界面熱阻）測量分(fen)析
ASOPS 成像系統(tong)/ 異(yi)步光采樣成像系統(tong)-neta Jax產品應用：
多物理場
當你(ni)和幾位薄膜(mo)專(zhuan)家liao天時，他們都會統一告(gao)訴你(ni)：
厚度是一個關鍵參數
粘連始終是個問題
無損測量(liang)是一個很好的改進(jin)
越快越好
成像很棒
在行業(ye)中，無論(lun)您是(shi)(shi)在顯示器領域還是(shi)(shi)在半導體領域工(gong)作(zuo)，厚度(du)和附(fu)著力都是(shi)(shi)制造過程中所有步驟(zou)的(de)主要關注點。皮秒超聲波技(ji)術(shu)已經(jing)用(yong)于(yu)晶圓檢(jian)測，這表明其成(cheng)熟(shu)度(du)和保密性(xing)。
附著(zhu)力測量的標準(zhun)程(cheng)序僅適用于扁平和大型樣品(pin)，它們具有破壞(huai)性。對于 3D 樣品(pin)，如果您想(xiang)檢查非常小的表(biao)面上的附著(zhu)力，激光是解決(jue)方案。現在可(ke)以在制造過程(cheng)的每(mei)個步驟中(zhong)在線驗證(zheng)整個樣品(pin)的附著(zhu)力。
現在學術界有不同的關注點，對原子尺度物(wu)質(zhi)行為的理解也越(yue)來越(yue)深入。
ASOPS 系統可以超越皮(pi)秒(miao)超聲波(bo)——如(ru)果我們堅持(chi)厚度和附著力，它已經是一個很好的信息(xi)來源——并且可以從原始(shi)數據中(zhong)獲(huo)得(de)更多信息(xi)，例如(ru)熱信息(xi)或(huo)關鍵機(ji)械參(can)數。
導(dao)熱系數
導熱系數是(shi)表示(shi)材料導熱能力的參數。
薄膜(mo)、超晶格、石墨烯和所(suo)有(you)相關材料在晶體管(guan)、存儲器、光電器件、MEMS、光伏等應用中(zhong)具(ju)有(you)廣泛的(de)技(ji)術(shu)意義(yi)。在許(xu)多這些(xie)(xie)應用中(zhong)，熱(re)(re)性能是一個(ge)關鍵的(de)考慮因(yin)素(su)，促使人們努力測量這些(xie)(xie)薄膜(mo)的(de)熱(re)(re)導率。薄膜(mo)材料的(de)熱(re)(re)導率通(tong)常小于其大塊材料的(de)熱(re)(re)導率，有(you)時(shi)甚至(zhi)非常顯著。
與(yu)塊狀單晶相(xiang)(xiang)比，許多薄膜含有更多的(de)雜質，這往(wang)(wang)往(wang)(wang)會降(jiang)低(di)(di)熱(re)導率。此外，由于(yu)聲子(zi)泄漏或(huo)相(xiang)(xiang)關相(xiang)(xiang)互(hu)作用，即使是原(yuan)子(zi)級wan美的(de)薄膜也有望降(jiang)低(di)(di)熱(re)導率。
使(shi)用脈沖激光(guang)是測量薄(bo)(bo)(bo)材(cai)料(liao)(liao)熱(re)導率的眾(zhong)多可(ke)能性(xing)之(zhi)一(yi)。時域熱(re)反射率 (TDTR) 是一(yi)種(zhong)可(ke)以測量材(cai)料(liao)(liao)熱(re)性(xing)能的方法。它(ta)甚至更(geng)適用于薄(bo)(bo)(bo)膜材(cai)料(liao)(liao)，與散裝的相(xiang)同材(cai)料(liao)(liao)相(xiang)比(bi)，薄(bo)(bo)(bo)膜材(cai)料(liao)(liao)的性(xing)能差異很(hen)大。
激光引(yin)起的溫度升(sheng)高可以(yi)寫成：
其(qi)中(zhong) R 是樣(yang)品反射(she)率，
Q是光脈沖能量，
C是單位體積的比熱(re)，
A是光斑面積，
ζ是光吸收長度，
z 是進入樣(yang)本的距離
光電(dian)探(tan)測(ce)器測(ce)得的電(dian)壓與R的變化成正(zheng)比，由此可以推導出熱導率。
在(zai)某些配置中，將探針射在(zai)樣品底(di)部(bu)（圖 8）或反之(zhi)亦然，以便從樣品的一(yi)側(ce)或另一(yi)側(ce)獲得更準確的信號，這(zhe)可能很有用。
表面聲波測量
當泵浦(pu)激光(guang)撞擊表面(mian)(mian)時，產(chan)生的(de)(de)超聲波實際上是(shi)由兩種(zhong)不同的(de)(de)波模式組成的(de)(de)，一(yi)種(zhong)在本體中傳播，稱為(wei)縱向（見圖 2），另(ling)一(yi)種(zhong)沿表面(mian)(mian)傳播，稱為(wei)瑞(rui)利模式。
在工(gong)業中，表面聲波(bo) (SAW) 的檢(jian)測(ce)用于檢(jian)測(ce)和(he)表征裂紋(wen)。
表面(mian)波對表面(mian)涂(tu)層的存在和特性非常敏感，即使它們比波的穿透(tou)深度(du)薄得(de)多。
楊氏模(mo)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中的傳播速度 c 與：
楊氏模量 E，
泊松比 ,
密度
由以下近似關系
當使(shi)用工業 ASOPS 系統對(dui) 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(ge)點。由于儀(yi)(yi)器中安(an)裝了掃描儀(yi)(yi)，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 ASOPS異步光采樣成像系統
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