ASOPS 成像系統(tǒng)/異步光采樣成像系統(tǒng)

有電子零件的小型化和薄型化一直是當(dāng)今時(shí)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(gè)詞。同時(shí)，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(jià)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(dá)到的空間分辨率大約是毫米，當(dāng)我們談到納米技術(shù)時(shí)，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(gè)數(shù)量級，這要?dú)w功于太赫茲超聲波。這些頻率不能用標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)激光擊中表面時(shí)，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(shí)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(shí)會部分或wan全反彈回表面。

探測激光聚焦在表面，當(dāng)超聲波回?fù)舯砻鏁r(shí)，反射率會隨著時(shí)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(jì)算機(jī)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(gè)激光器由一個(gè)單獨(dú)的電子單元同步。探頭在泵后稍稍到達(dá)，這種延遲會隨著時(shí)間的推移而延長，直到整個(gè)采樣結(jié)束。

薄膜對泵激發(fā)的彈性響應(yīng)太快而無法實(shí)時(shí)測量。您必須人為地延長時(shí)間并重建探頭的信號。

上述措施是針對一個(gè)點(diǎn)的。使用能夠執(zhí)行皮秒超聲波的更標(biāo)準(zhǔn)的儀器，這將需要幾分鐘。在 ASOPS 中，測量時(shí)間不到一秒鐘。這意味著通過簡單地逐點(diǎn)掃描整個(gè)表面（圖 5），您將在幾分鐘內(nèi)獲得所研究機(jī)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(shí)間輕松檢索準(zhǔn)確值（圖 6）。

直到近期，進(jìn)行這些測量所需的設(shè)置是在一個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的，該實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)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(shí)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(jī)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(zhǔn)時(shí)測量需要幾毫秒，因此可以輕松地測量整個(gè)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(gè)點(diǎn)。

ASOPS 成像系統(tǒng)/ 異步光采樣成像系統(tǒng)-neta Jax系統(tǒng)圖片

表面上突出顯示了一個(gè)大劃痕，但平均厚度仍保持在 250 nm 范圍內(nèi)。測量總時(shí)間不到 10 分鐘，可與使用一個(gè)激光和機(jī)械延遲線（零差系統(tǒng)）的單點(diǎn)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(gè)晶圓上檢查的極少數(shù)點(diǎn)。

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(gè)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(jìn)行建模，并將模擬信號與實(shí)際測量值進(jìn)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(diǎn)：

系統(tǒng)使用獲得zuanli的光聲技術(shù)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(yùn)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(dá) 1nm to 30 microns , Z軸分辨率為亞納米

于此同時(shí)，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(dāng)你和幾位薄膜專家liao天時(shí)，他們都會統(tǒng)一告訴你：

• 厚度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)

• 粘連始終是個(gè)問題

• 無損測量是一個(gè)很好的改進(jìn)

• 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(diǎn)。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(biāo)準(zhǔn)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(gè)步驟中在線驗(yàn)證整個(gè)樣品的附著力。

現(xiàn)在學(xué)術(shù)界有不同的關(guān)注點(diǎn)，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(jiān)持厚度和附著力，它已經(jīng)是一個(gè)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(jī)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(gè)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(shí)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(shí)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(jìn)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(zhǔn)確的信號，這可能很有用。

表面聲波測量

當(dāng)泵浦激光撞擊表面時(shí)，產(chǎn)生的超聲波實(shí)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?，稱為瑞利模式。

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(dāng)使用工業(yè) ASOPS 系統(tǒng)對 SAW 進(jìn)行測量和成像時(shí)，泵浦激光器是固定的（圖 8）并且總是擊中同一個(gè)點(diǎn)。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。

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