باستخدام السنكروترون الإشعاع مجهري المعنية بالتحقيق في نطاق متعدد الحزم الإلكترونية الدقيقة ثلاثي الأبعاد

تم تصميم هذه التجربة لاستخدام التصوير المقطعي المجهري لإشعاع السنكروترون ، وهو تقنية تصوير ثلاثية الأبعاد غير مدمرة ، من أجل التحقيق في عينة معقدة متعددة المستويات. العينة التي يتم تصويرها هنا عبارة عن حزمة إلكترونية دقيقة كاملة تبلغ مساحة المقطع العرضي حوالي 17 × 17 ملم. ومع ذلك ، فإن الميزات التي نهتم بحلها تتراوح في مقياس الطول من ميكرومتر إلى ملليمتر.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها يمكن أن تقيم بشكل غير مدمر الحزمة الإلكترونية الدقيقة على مقياس الميكرومتر مع وقت الحصول على البيانات بسرعة. يحتوي خط شعاع التصوير المقطعي الصانع في Advanced Light Source في بيركلي ، كاليفورنيا ، على إعداد يمكن تخصيصه لتحسين الدقة وجودة الصورة بناء على خصائص العينة ، مثل الحجم والكثافة. ومع ذلك ، فإن حجم العينة يقتصر على مجال رؤية أقصى مسموح به يبلغ 36 × 36 ملم.

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال أشباه الموصلات. على سبيل المثال ، يمكن استخدامه لتحليل الحزم الإلكترونية وتحديد حالات الفشل من خلال اختبار الموثوقية في تطوير العملية ، وكذلك لتوفير المرونة التجريبية أو كيف يمكن لمصدر الأشعة السينية اكتشاف العيوب بسرعة في الحزم الإلكترونية الدقيقة المعقدة من الجيل التالي. قم بإعداد العينة للمسح عن طريق تركيبها على حامل عينة مصمم ليناسب مرحلة دوران خط الحزمة.

بالنسبة للعينات التي لا تحتوي على حامل مخصص ، قم بلصق العينة بعمود أو حفر ظرف بالطين أو الشمع. قبل تحميل العينة في مرحلة الدوران داخل القفص ، توجد مرحلة دوران وهمية غير متصلة بالإنترنت تستخدم لمحاذاة العينة. عادة ما يكون الفحص البصري لمركز الدوران كافيا للمحاذاة.

قم بتركيب العينة المرفقة بحامل العينة داخل القفص. بمجرد تركيب العينة في القفص ، يسمح محركان توسيط متعامدان بتحديد موقع العينة فيما يتعلق بمركز الدوران. حدد التكبير للمسح الضوئي استنادا إلى حجم العينة وحجم الميزة المعنية.

نظرا لأن العينة الممسوحة ضوئيا هنا هي 22.6 ملم في أطول اتجاه ، فحدد عدسة 1X مع نقطة PCO 4 ، 000. يعطي هذا المزيج أكبر مجال رؤية عينة. حجم البكسل الناتج هو 8.7 ميكرون.

اضبط طاقة الأشعة السينية، أو قم بالتبديل إلى شعاع متعدد الألوان باستخدام كمبيوتر التحكم في خط الحزمة. للحصول على أفضل جودة للصورة ، قم ببناء اختيار الطاقة على استهداف ما يقرب من 30٪ من الإرسال ، والذي يمكن قياسه على كمبيوتر الحصول على البيانات. بشكل عام ، تزداد نسبة النقل مع زيادة الطاقة.

بالنسبة للحزمة الإلكترونية الدقيقة ، حدد الضوء الأبيض نظرا لسمك العبوة وموادها. عند استخدام وضع الضوء الأبيض ، أضف اثنين إلى أربعة مرشحات معدنية من الألومنيوم والنحاس بما يتماشى مع شعاع الأشعة السينية لتصفية الأشعة السينية ذات الطاقة المنخفضة. في هذه العينة ، استخدم لوحين نحاسيين بسماكة إجمالية تبلغ حوالي 1.2 ملليمتر.

بعد ذلك ، تحقق من محاذاة مركز دوران المرحلة مع مركز الكاميرا. للتحقق من محاذاة العينة ، قم بتدويرها بزاوية 180 درجة باستخدام برنامج على كمبيوتر التحكم في خط الحزمة ، وراقب التغيير في موقع العينة بصريا من خلال عرض الصور الشعاعية على الكمبيوتر. التحكم في التغييرات التي يتم إجراؤها على المحاذاة على نفس الكمبيوتر.

اضبط العينة على مسافة الكاشف للفحص. الكاميرا في مرحلة انتقالية يمكن أن تتحرك أفقيا ، وتستخدم لتغيير العينة إلى مسافة الكاشف. عندما تزداد المسافة ، تزداد مساهمة تباين الوجه أيضا.

أدخل النطاق الزاوي المطلوب وعدد الصور التي سيتم جمعها عبر هذا النطاق. كلما زاد عدد الزوايا المحددة ، زادت أوقات الفحص وزاد حجم مجموعة البيانات. في هذه الدراسة ، استخدم 1 ، 025 زاوية أكثر من 180 درجة أثناء الحصول على البيانات.

بعد تحديد وضع المسح وعدد صور المجال الساطع والداكن كما هو موضح في بروتوكول النص ، تحقق من ترجمة العينة بعيدا بما يكفي بحيث لا تكون موجودة في صورة المجال الساطع لتجنب العيوب الكبيرة في الصور المعاد بناؤها. هنا ، احصل على 15 صورة للمجال المظلم و 15 صورة مجال ساطع. بعد تحديد ما إذا كان التجانب ضروريا ، قم بتنفيذ فحص التشغيل على كمبيوتر الحصول على البيانات.

سيتم تشغيل الفحص تلقائيا بناء على الإعدادات المدخلة. يظهر هنا عرض ثلاثي الأبعاد لنظام مصفوفة بوابة قابل للبرمجة في حقل كامل في حزمة تم تصويرها بدقة 8.7 ميكرون ووقت مسح مدته ثلاث دقائق. يظهر منظر مكبر لمنطقة من الحزمة زاوية واحدة من ركيزة مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية والتوصيلات البينية للوحة الدائرة.

عرض حجم ثلاثي الأبعاد لمستويات التوصيل البيني الثلاثة المختلفة النظام بأكمله في حزمة بدقة 8.7 ميكرون. هنا ، يتم عرض صورة ثلاثية الأبعاد معاد بناؤها لحزمة صبغ وحدة المعالجة المركزية الممسوحة ضوئيا رأسيا مع التوصيل البيني من المستوى الأول ووصلات لحام التوصيل البيني متوسطة المستوى. تظهر منطقة مكبرة لشريحة معاد بناؤها ثنائية الأبعاد كرة لحام مترابطة متوسطة المستوى مع فراغ مركزي كبير وتشققات ناتجة أثناء اختبار الإجهاد الحراري المتعمد.

يعرض هذا الفيلم صورا مقطعية للحزمة الإلكترونية الدقيقة المصورة في الاتجاه الأفقي. يظهر عرض الحجم ثلاثي الأبعاد للحزمة مقاس 16 × 16 ملم مربع من وجهات نظر مختلفة. هنا ، يتحرك الفيلم عبر طرق عرض المقطع المختلفة لإظهار المعلومات الداخلية من داخل الحزمة.

إن قدرة التصوير المقطعي على استيعاب أحجام العينات الكبيرة مع وقت أسرع ، خاصة بالمقارنة مع أنظمة التصوير المقطعي المحوسب على الطاولة ، لها أهمية قصوى لصناعة أشباه الموصلات. تتيح هذه التقنية القياس الكمي غير المدمر للشقوق والفراغات والتفريغ والعيوب وغير ذلك الكثير. هذه الطريقة مفيدة جدا في توفير نظرة ثاقبة على وصلات اللحام لصناعة الإلكترونيات الدقيقة.

ومع ذلك ، يمكن تطبيقه أيضا على مجموعة واسعة من أنظمة المواد مثل السبائك المعدنية والمركبات والمواد الحيوية والمواد العضوية والمكونات المصنعة بشكل مضاف. على الرغم من وجود مجموعة واسعة من المواد والأحجام التي يمكن تصويرها باستخدام التصوير المقطعي بالإشعاع السنكروتروني ، إلا أن هناك قيودا بسبب نطاق الطاقة المتاح في منشأة السنكروترون ALS. على وجه التحديد ، يتم تقييد المواد عالية الكثافة بأحجام عينات رقيقة جدا بسبب الحاجة إلى الحصول على نقل كاف بالأشعة السينية عبر العينة.

واحدة من أهم الخطوات أثناء الإعداد التجريبي هي التركيب المستقر والتركيز على البصريات. هذه الخطوات حيوية للحصول على صور عالية الجودة يمكن استخدامها لقياس البيانات الكمي. على وجه التحديد ، حتى الحركة الطفيفة للعينة تتسبب في حدوث قطع أثرية في الصورة المعاد بناؤها ، ويؤدي التركيز إلى تدهور الدقة.

لتجنب المشكلات المتعلقة بجودة الصورة، أعد إنشاء صورة اختبار يمكن أن تحدث في وقت واحد أثناء مسح العينة التالية. أثناء محاولة هذا النوع من التجارب ، من المهم تعديل الإعداد الخاص بك اعتمادا على خصائص العينة والتحدث إلى عالم خط الحزمة الخاص بك حول تحسين إجراءاتك التجريبية. توفر القدرة عالية الدقة للتصوير المجهري لإشعاع السنكروترون معلومات قيمة لكل من تحليل الفشل وتطوير عملية التجميع.

إن تطبيق سينكروترون 3D الأشعة السينية على حزمة إلكترونية دقيقة يفتح مجموعة واسعة من الاحتمالات في المساواة والموثوقية للحزم الإلكترونية الدقيقة ثلاثية الأبعاد ، بما في ذلك اختبارات الموثوقية وفحص الأعطال في العبوات المعقدة. كما يوفر توجيهات لتطوير الجيل التالي من التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية ثلاثية الأبعاد على نطاق المختبر.