ASOPS成像系統/異步光采樣成像系統有電子零件的小型化和薄型化一直是當今時代的趨勢

ASOPS 成像系統/異步光采樣成像系統

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，納米科學和納米技術在 60 年代仍然是科幻小說，1974 年使用納米技術這個詞。同時，原子力顯微鏡 (AFM) 和掃描聲學顯微鏡 (SAM) 被開發出來。今天，納米技術代表著巨大的投資——甚至來自政府——以及價值數千億歐元的市場。

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或醫學超聲檢查。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時，這已經是一百萬倍了。

SAM 系統得益于 MHz/GHz 超聲波的更高清晰度，市場上發現的小軸向分辨率低于微米。

納米還需要再低 2 到 3 個數量級，這要歸功于超聲波。這些頻率不能用標準傳感器產生，這就是 異步光學采樣 (ASOPS) 系統配備器的原因。

ASOPS 成像系統/ 異步光采樣成像系統-neta Jax是市面不多的工業成像 ASOPS 系統。

ASOPS 成像系統/ 異步光采樣成像系統-neta Jax產品原理：

當激光擊中表面時，大部分能量被外層原子吸收并轉化為熱量而不會損壞樣品（圖 2），從而導致瞬態熱彈性膨脹和超聲波發射。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時會部分或反彈回表面。

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據存儲到計算機中。該技術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開發的。

很多技術能夠能夠執行皮秒超聲波的技術，但異步光采樣是新的發展，也是執行完整測量快速的技術。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，直到整個采樣結束。

薄膜對泵激發的彈性響應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），您將在幾分鐘內獲得所研究機械參數的完整地圖。

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置是在一個光學實驗室中發現的，該實驗室有一個裝滿鏡子和透鏡的大型蜂窩狀桌子。盡管結果可觀，但安裝時間和可重復性通常是主要問題。

希望該技術現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部件的非專業人士使用。這種創新和復雜設備的工業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。

ASOPS 成像系統/ 異步光采樣成像系統-neta Jax系統圖片

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。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）的單點測量相媲美。

到目前為止，生產管理行業的產品只是零差儀器執行皮秒超聲波測量，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，則原始數據的讀取要復雜得多。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/ 異步光采樣成像系統-neta Jax產品特點：

系統使用獲得zuanli的光聲技術設計無損測量系統。

源自 CNRS 和波爾多大學的技術轉讓，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

系統使用無接觸，無損光學測量。運用激光產生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，熱導率等。

產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。 這種全光學無損檢測技術（without contact, no damage, no water, no Xray）不受樣品形狀的影響。

產品適用精度可以達 1nm to 30 microns , Z軸分辨率為亞納米

于此同時，系統提供附著力、熱性能（納米結構界面熱阻）測量分析

 

ASOPS 成像系統/ 異步光采樣成像系統-neta Jax產品應用：

多物理場

當你和幾位薄膜專家時，他們都會統一告訴你：

• 厚度是一個關鍵參數

• 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

在行業中，無論您是在顯示器領域還是在半導體領域工作，厚度和附著力都是制造過程中所有步驟的主要關注點。皮秒超聲波技術已經用于晶圓檢測，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?，F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。

現在學術界有不同的關注點，對原子尺度物質行為的理解也越來越深入。

ASOPS 系統可以超越皮秒超聲波——如果我們堅持厚度和附著力，它已經是一個很好的信息來源——并且可以從原始數據中獲得更多信息，例如熱信息或關鍵機械參數。

導熱系數

導熱系數是表示材料導熱能力的參數。

薄膜、超晶格、石墨烯和所有相關材料在晶體管、存儲器、光電器件、MEMS、光伏等應用中具有廣泛的技術意義。在許多這些應用中，熱性能是一個關鍵的考慮因素，促使人們努力測量這些薄膜的熱導率。薄膜材料的熱導率通常小于其大塊材料的熱導率，有時甚至非常顯著。

與塊狀相比，許多薄膜含有更多的雜質，這往往會降低熱導率。此外，由于聲子泄漏或相關相互作用，即使是原子級的薄膜也有望降低熱導率。

使用脈沖激光是測量薄材料熱導率的眾多可能性之一。時域熱反射率 () 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，由此可以推導出熱導率。

在某些配置中，將探針射在樣品底部（圖 8）或反之亦然，以便從樣品的一側或另一側獲得更準確的信號，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），另一種沿表面傳播，稱為瑞利模式。

在工業中，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

當使用工業 ASOPS 系統對 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。

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