白光干涉表面改性中的应用离子溅射，激光烧蚀，与摩擦学实验表征

Summary

白色光镜干涉是一个光学，非接触式和快速的方法，用于测量的表面的地形。它示出如何使用该方法可以应用于朝向机械磨损分析，其中穿疤痕对摩擦磨损试验样品进行了分析，以及在材料科学中，以确定离子束溅射或激光烧蚀的体积和深度。

Abstract

在材料科学与工程，它往往是必要的以获得定量测量的表面形貌与微米横向分辨率。从被测物体表面，可随后分析三维地形图，使用各种软件包中提取所需要的信息。

在这篇文章中，我们介绍了如何白光干涉仪，光学轮廓（OP）在一般情况下，与一般的表面分析软件相结合，可用于材料科学和工程任务。在这篇文章中，都表现出了一些应用程序的白光干涉调查的表面质量法的修改，在摩擦学和润滑和磨损现象。我们半导体和金属之间的相互作用与高能离子（溅射），激光照射（烧蚀），以及易地测量摩擦试样的磨损特征的产品。 具体来说，我们将讨论:

1. 传统的离子溅射基于质谱，如的溅射速率/ Si和Cu的产量测量和随后的时间深转换方面。
2. 结果定量表征飞秒激光照射半导体表面的相互作用。这些结果是重要的应用程序，如烧蚀质谱，其中蒸发的材料的数量，可以研究和通过控制脉冲持续时间和每脉冲能量。因此，通过确定的火山口的几何形状，可以定义与实验设置条件的深度和横向分辨率。
3. 的表面粗糙度参数的测量在两个维度中，定量测定发生的作为结果的摩擦和磨损测试的表面磨损。

一些固有的缺点，可能出现的文物，以及不确定性评估的白光干涉测量的方法将讨论和解释。

Introduction

固体材料的表面，确定很大程度上为这些材料的性质的利益:电子，结构，和化学性质。在许多领域的研究中，另外的材料（例如，薄膜沉积由脉冲激光器/磁控溅射沉积，物理/化学气相沉积），去除材料（反应性离子蚀刻，离子溅射法，激光烧蚀法等），或一些其他进程，需要的特点。此外，通过互动与精力充沛的光脉冲或带电粒子的表面修饰有大量的应用和根本利益。摩擦学，摩擦和磨损的研究，是另一个值得注意的领域。在台式规模，大量存在的摩擦磨损试验的几何形状。非共形接触的几何形状可被使用，并且一个球或气缸可滑动或针对一个平坦的表面上，另一个球，或圆筒旋转，一个时间长度，和除去的材料的量，是我消化率。由于是三维的磨痕和不规则性，光学轮廓可能是唯一适合获得准确的磨损量测量技术。常见的分析任务还包括表面粗糙度参数，台阶高度，材料的体积损失，沟槽深度，等等，所有的人都可以得到额外简单的二维和三维地形可视化。

光学轮廓是指任何的光学方法，该方法被用来重建表面的档案。轮廓仪的方法包括激光，白光干涉，或聚焦方法。一些光学轮廓仪通过传统的有限衍射显微镜目标的基础上的方法获取信息。例如，一个激光扫描可以被集成用显微镜，得到表面的地形和真正的颜色信息。第二种方法是使用一种技术，它利用非常小的深度常规目标的重点，组建一个严重ES焦点"形象片"的表面，以获得三维地形图。

在这项工作中，我们展示了如何的白色光干涉显微镜/轮廓使机械磨损过程期间丢失的材料的量的测量，或在材料的蚀刻工艺....

Protocol

1。通用的硬件对齐WLI扫描

通过WLI获得定量的信息，下面的步骤可以作为一个指导方针。假设操作者具有干涉仪操作的基本知识。无论是常见的特定仪器的指引。一些调查，标本将会持平。对于其他人，试样可以是弯曲的。

1. 将样品放置在舞台上的功能（离子，离子束溅射火山口/烧蚀点，或磨痕）的直线上升。使用低倍率的目标，并集中在仪器上。为了获得最佳分辨率获得的图像中的感兴趣的对象在很大程度上填满屏幕，请参阅图2的一个例子的一球。
2. 调整试样的垂直位置，使干涉条纹的附近出现所感兴趣的特征。对于平坦的表面上，它是优选的试样倾斜时，使得平面perpendicul的的ar到光轴， 即条纹间隔将是大的。对于弯曲的表面（ 如一个球），试样应被定向使得条纹位于周围的功能，如在图3中。
3. 获取扫描，根据仪表指示。这可能是必要的调整的照明或扫描，以便获得最好的地形图的高度。填写任何错误或丢失的数据使用插值函数，然后保存的地形图。

2。量分析，使用通用软件

在摩擦学，试验机通常采用非共形接触测试的几何形状，如一个球或一个圆柱体，滑动或旋转对平的或另一气缸。通常情况下，材料丢失的滑动接触点，虽然有时材料从一个表面转移到另一个，"传输层"将测得的....

Results

图1。照片，一个简单的轮廓，在本研究中使用的:多目标炮塔在图片中看到。两个目标是标准的（10倍和50倍），另外两个是的Mirau目标（10倍和50倍）。这种显微镜有的中间放大功能，使逐步放大乘数为0.62，1.00，1.25，或2.00被选中。 点击此处查看大图 。

图2。外观正常的钢球磨痕。

Discussion

例1

WLI不被广泛用于表面特性在摩擦的工作，但它实际上是一个功能强大的方法很多接触的几何形状进行定量测量的磨损量。 ，WLI产生的全3D表示的表面，可以使用一些可视化软件套件中的任何分析。这些产品的启用要执行的多种类型的测量。对于更大的横向分辨率，图像可以被"缝合"在一起，以产生广域信息（数mm），与μm的分辨率。

对于非摩擦学工作，WLI可以用来测量表面特征是很难测量使用AFM或其他接触装置。 Fu 等人研究的Ga离子束的效果参数的Si表面上的微细加工。使用原子力显微镜测量表面轮廓，但其结果是有限的，由于受限制的垂直范围的AFM的悬臂尖电极头，以及所造成的损害大凹坑深度的小费。取而代之的是，工人发现WLI是更适用于测量大深度，同时保留功能，能够很容易地测量垂直侧壁。

在摩擦学，分析软件可以提取统计的表面粗糙度参数的磨损表面，它可以与分析模型所产生的摩擦的过程， 例如 ，加工的表面形貌比较。 Jiang 等人使用此功能研.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
的Si单晶基板，砷化镓（GaAs）和铜			溅射和射频消融
纯金属合金			摩擦学的例子