Summary
Biz MEMS cihazlarının muayene ve karakterizasyonu için kompakt bir yansıma dijital holografik sistemini (CDHM) sunuyoruz. Doğal geometrik büyütme sağlayan uzaklaşan giriş dalga kullanan bir lens daha az tasarım gösterilmiştir. Hem statik ve dinamik çalışmalar sunulmuştur.
Introduction
mikro ve nano nesnelerin Metroloji sanayi ve araştırmacılar açısından büyük önem taşımaktadır. Gerçekten de, nesnelerin minyatür optik metroloji için yeni bir sorun teşkil etmektedir. Genellikle tanımlanan Mikro elektro mekanik sistemler (MEMS) elektromekanik sistemler minyatür ve genellikle mikro sensörler, mikro aktüatörler, mikroelektronik ve mikroyapılar olarak bileşenleri içermektedir gelmiştir. Böyle biyoteknoloji, tıp, iletişim ve 1 algılama gibi çeşitli alanda birçok uygulama bulmuştur. Son zamanlarda, artan karmaşıklık yanı sıra test nesnesinin ilerici minyatür MEMS için uygun karakterizasyon tekniklerinin geliştirilmesi çağrısını sahiptir. Bu karmaşık mikrosistemlerin yüksek verim üretim karakteristik parametreleri ve proses koşullarına 2 yol açtığı ile ilgili kusurları ölçmek için, gelişmiş satır içi ölçüm tekniklerinin uygulanmasını gerektirir. geometrik param Örneğin, sapmaolan bir MEMS cihazında etreleri sistem özelliklerini etkiler ve karakterize edici özelliği olması gerekir. Buna ek olarak, sanayi gibi tam üç boyutlu (3D) metroloji, görünümü, yüksek görüntüleme çözünürlüğü büyük fi eld, ve gerçek zamanlı analizi gibi yüksek çözünürlüklü ölçüm performansı gerektirir. Bu durumda, kalite kontrol ve denetim işlemi güvenilir sağlamak için gereklidir. Ayrıca, mevcut altyapılar yüklü olması bir üretim hattı üzerinde kolayca uygulanabilir ve böylece nispeten kompakt olmasını ölçüm sistemi gerektirir.
İlk Gabor 3 tarafından tanıtıldı Holografi, bir referans ve bir ışığa ortama bir nesne dalga arasındaki parazitleri kaydederek bir nesnenin tam nicel bilgilerin giderilmesini sağlar bir tekniktir. kayıt olarak bilinen bu işlem sırasında, bir alanın amplitüd, faz ve polarizasyon ortamında saklanır. Sonra nesne dalga alan üstüme referans ışını gönderilerek elde edilebilirdium, hologram, optik okuma olarak bilinen bir proses. geleneksel bir dedektör sadece dalga şiddeti kaydeder beri, holografi elektrik alanında ek bilgilere erişim sağlar bu yana geçen elli yıl içinde büyük ilgi çeken bir konu olmuştur. Bununla birlikte, geleneksel holografi çeşitli yönleri sanayi uygulamaları için kullanışsız hale. Gerçekten de, ışığa duyarlı malzemeler pahalıdır ve kayıt işlemi genel olarak bir denge yapılması gereklidir. Böyle ücret birleştiğinde cihaz (CCD) gibi yüksek çözünürlüklü kamera sensörleri ilerlemeler dijital metroloji için yeni bir yaklaşım açtı. Bu tekniklerden biri dijital holografi 4 olarak bilinmektedir. Dijital Holografi (DH) hologram kamera (kayıt ortamı) üzerine kaydedilir ve sayısal işlemler aşaması ve yoğunluk bilgilerini yeniden kullanılır. Fi gösterildiği gibi kayıt ve yeniden: Konvansiyonel holografi olduğu gibi, sonuç iki ana işlemlerden sonra elde edilebilirKayıt geleneksel holografi benzer olup olmadığını şekil 1. Ancak, imar 5 sadece sayısal olduğunu. Sayısal rekonstrüksiyon işlemi Şekil 2'de gösterilmiştir. İki prosedürler yeniden inşa sürecine dahil olmaktadır. Birincisi, nesne dalga alan hologram alınır. Hologram hologram düzleminde nesne wavefront almak için sayısal referans dalga ile çarpılır. İkincisi, karmaşık nesne Wavefront sayısal görüntü düzlemine yayılır. Sistemimizde, bu adım konvolüsyon yöntem 6 kullanılarak gerçekleştirilir. Elde edilen yeniden alan karmaşık bir fonksiyon ve böylece faz ve yoğunluğu ilgi nesne üzerinde nicel yükseklik bilgi veren elde edilebilir olduğunu. holografi yöntemiyle bütün saha bilgi depolama kapasitesi ve hızlı veri işleme için bilgisayar teknolojisinin kullanımı deneysel yapılandırmaya daha fazla esneklik sunar ve anlamlı Spee artırmakyeni olanaklar açılması deneysel sürecin d MEMS ve mikro sistemlerin 7,8 için dinamik bir metrolojik araç olarak DH geliştirmektir.
Faz kontrast görüntüleme dijital holografi kullanılması artık iyi bilinmektedir ve ilk on yıldan fazla önce 9 sunuldu. Nitekim, dijital holografiyi ve mikroskopi birleştirerek mikroskobik cihazların araştırılması birçok çalışmada 10, 11, 12, 13 yapılmıştır. Yüksek tutarlılık 14 ve düşük tutarlılık 15 kaynağa göre çeşitli sistemler yanı sıra geometri 13, 16 farklı türde, 17 (çizgi, eksen, ortak yolu kapalı ...) sunulmuştur. Buna ek olarak, gelen sayısal holografi MEMS cihazının 18, 19 karakterizasyonu daha önce kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu sistemler, genel olarak uygulanması zor ve hacimlidir endüstriyel uygulamalar için uygun olmayacak hale getirmeyecek. Bu çalışmada, biz kapalı axi tabanlı ücretsiz, kompakt, basit ve lens sistemi öneriyoruzGerçek zamanlı MEMS muayene ve karakterizasyonu için dijital holografi yetenekli s. Kompakt Dijital Holografik mikroskobu (CDHM) bir mercek daha az dijital holografik sistem geliştirildi ve mikro boyutlu yansıtıcı nesnelerin 3D morfolojisi elde etmek patentli olduğunu. Sistemimizde, 10 mW olarak, son derece istikrarlı, 638 nm çalışan ısı kontrollü diode lazer mono-modlu fiber içine bağlanır. Şekil 3'te gösterildiği gibi, lif çıkan ayrılan ışını bir ışın dağıtıcı aracılığı ile, bir referans ve bir amacı, kiriş ayrılmıştır. Referans ışın yolu kapalı eksen geometri gerçekleştirmek için bir eğik ayna içerir. nesne ışın dağınık ve numune ile yansıtılır. iki ışın hologramı veren CCD müdahale. görüntü üzerine basılmış girişim deseni mekansal taşıyıcı denir ve sadece tek bir görüntü ile kantitatif faz bilgilerinin kurtarma izin edilir. Sayısal rekonstrüksiyon ortak Fourier dönüşümü ve sta olarak evrişim algoritması kullanılarak yapılırDaha önce ted. mercek az yapılandırma cazip hale birçok avantajı vardır. Hiçbir lensler kullanıldığı gibi, giriş ışın genişleyen bir dalga doğal geometrik büyütme sağlayan ve böylece sistem çözünürlüğü artırmak olduğunu. Ayrıca, tipik optik sistemlerde karşılaşılan sapmaları ücretsizdir. Şekil 3B'de görüldüğü gibi, sistem kompakt (55x75x125 mm 3) hafif (400 g) yapılabilir, ve bu nedenle kolayca endüstriyel üretim hatlarına entegre edilebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Ölçme 1. Ön Hazırlık
Not: Deney için kullanılan örnek bir MEMS elektrottur. Altın elektrotlar asansör kapalı işlemini kullanarak bir silikon yonga üzerine üretilmektedir. Numune 1 mm dönemi ile periyodik yapılar (elektrotlar) ile 18 mm x 18 mm gofret olduğunu
- sistemini kullanmadan önce defterine oturum açın.
- Bilgisayar, LAZER ve çeviri sahne açın.
- MEMS elektrot / mikro diyafram örnek yerleştirin.
- Bir cımbız kullanarak numune tutucu ortasında MEMS örnek yerleştirin.
- ışın yolu elektrotlar yerleştirmek için örnek tutucu ayarlayın. Görüş maksimum ölçüm alanı kamera sensör boyutu ile tanımlanır. Bu 2.3 mm x 1.8 mm bir dikdörtgendir.
- Dikey yönde motorlu sahne kullanarak, approximatively 1,5 cm uzakta numuneden sistemi taşımak.
2. Yazılım Ayarları Ayarı
- 3b görünüm açyazılım. 3b görünüm C ++ geliştirilen bizim in-house programıdır.
- Deney için uygun kamerayı seçmek için görüntüleme kaynak düğmesine tıklayın. monokrom CCD kamera seçin. monokromatik diyot lazer kullanılmaktadır yılından bu yana kurulumunda renkli kamera kaçının. renk kameralar kullanarak ek olarak, piksel aynı sayıda, çözünürlük düşük olacaktır.
- Cihaz ayarları sekmesinde seçin Y800 (1.280 x 960) video formatı ve ikinci bir video oranı 15 kare.
- Kamerayı başlatmak için sarı play butonuna tıklayın. baskılı saçak desenleri (Hologram) ile nesnenin görüntüsü görünmelidir.
- Gerekirse görüntü doygunluğu önlemek için optimum kazanç ve pozlama parametrelerini ayarlayın.
- canlı video penceresi kamera görünümünü kullanarak, örnek üzerinde araştırmak için tam alanı seçmek için örnek konumunu ayarlamak.
- Açık ayarları sekmesi.
- Yapılandırma sekmesinde, (yansıtıcı veya şeffaf) la, dalga boyu yüzeyinin türünü seçinKameranın ser, ve piksel boyutu. Lazer 633 nm çalışan bir diyot lazer. Kameranın piksel boyutu 4650 nm. Numune, yansıtıcı mod seçilmelidir aynasal MEMS elektrot cihazdır.
Not: CDHM yapılandırma sadece yansıtıcı yüzeyler ölçülür sağlar. Ancak, program, aynı zamanda farklı bir dijital holografi sistemi 13 kullanıldığı zaman, şeffaf örnekleri ölçmek için kullanılabilir. Bu ortamda bir değişiklik aşamasından yüksekliği hesaplama formülü değiştirir. o nesne kırılma indeksi içerir Nitekim, optik yol farkı hesaplama şeffaf numuneler için biraz farklıdır. - Konvolusyon rekonstrüksiyon algoritması seçin ve sıfıra yeniden mesafeyi ayarlayın. 1 ya da 2 yeniden yapılanma adımı seçin.
Not: yeniden mesafesi parametre hologram elde edilen yoğunluk görüntüsünü dikkate alınarak otomatik odaklama ile daha sonra tanımlanabilir. yeniden adım sayısını tanımlarFresnel integrali uygulamak ve ışın yayılımı simüle etmek için kullanılan adımlar. İlk yöntem, tek bir Fourier Dönüşümü bir kez ayrılmaz değerlendirmek. 2 Bir adım iki ayrılmaz değerlendirecektir. Bu ızgara aralığı daha fazla esneklik katar ancak hesaplama 20 daha az verimlidir. - sonrası işleme sekmesinde, nihai açılmamış bir görüntü elde etmek için gerekli unwrapping algoritmasını seçin. Seç kalite algoritması eşleştirilmiş.
Not: Yazılımda, Goldstein ve Kalite arasındaki seçim algoritması Haritalı yapılabilir. Daha sonra unwrapping sağlam ve hızlı mekansal faz göstermiştir. Kalite eşlenen algoritma 21 de tarif edildiği gibi unwrapping destekli faz dayanır.
- Yapılandırma sekmesinde, (yansıtıcı veya şeffaf) la, dalga boyu yüzeyinin türünü seçinKameranın ser, ve piksel boyutu. Lazer 633 nm çalışan bir diyot lazer. Kameranın piksel boyutu 4650 nm. Numune, yansıtıcı mod seçilmelidir aynasal MEMS elektrot cihazdır.
3. Veri Toplama
- Fourier Fourier spektrum penceresini açmak için simgeye dönüştürmek basın. Bir 0 düzen ve iki 1, -1 emir görünmelidir. Bu durum söz konusu değilse, numune doğru pozisyonda olup olmadığını kontrol edin ve bir kazanç ayarlamaYine d maruz kalma süresi.
- Canlı ölçüm modunu durdurmak. Filtre aracını kullanarak kırınan siparişler (pozitif veya negatif frekans) birini seçin. Seçilen alan faz alımı için gerekli olan tüm frekanslarda, bu yüzden bu kadar büyük olmalıdır. Yine canlı modda açın.
Not: Negatif düzenin seçimi sadece, yani nihai sonuca, faz işareti etkileyecek, nihai 3D görüntü ters olacaktır. - Faz penceresini açın. Çizelgesi modu etkin olup olmadığını kontrol edin. sarılmış saçaklar ile baskılı nesnenin gri faz görüntüsü görünmelidir.
- Faz görüntüdeki saçaklar sayısını azaltmak için motorlu dikey sahne yararlanın. sadece 1 veya 2 saçaklar resmin üzerine bırakıldığında, motorlu sahne durdurun.
Not: Sistem interferometriye dayanmaktadır. Böylece titreşim duyarlıdır. sarılmış faz görüntü agai görünmeden önce z yönünde motorlu sahne taşındıktan sonra, kullanıcı 1 veya 2 sn beklemeniz gerekirn. Istikrarlı bir faz görüntü elde etmek için ölçüm sırasında titreşimleri önlemek için de önemlidir. - En iyi rekonstrüksiyon mesafeyi bulmak için otomatik odak 22 düğmesini tıklayın. Bir yoğunluk görüntü keskin ve net görünene kadar optimum yeniden mesafeyi yaklaşım otofokus birkaç kez kullanmanız gerekebilir. 22 anlatıldığı gibi otofokus verimli ve zaman etkili açısal spektrum yöntemine dayanmaktadır.
Not: Odak kaydırma çubuğu ince ayar için kullanılabilir. Ardından, mevcut imar mesafe kaydetmek için merkez odak butonuna tıklayın. En iyi odak otofokus seçeneği ile bulunmazsa bazen görünür. Bu durumda, el ile giriş imar mesafesi en odak bulmak için. - Unwrapping düğmesine tıklayarak Çizelgesi faz görüntüyü görmek için açılmamış modunu etkinleştirin.
Statik Ölçümü için 4. Veri Görselleştirme ve Analizi
- Nihai 3D görmek için 3D görüntü penceresini açınörnek görüntüsü. (Döndürme, renk haritası, ölçek ekran ...) nihai sonucu gözlemlemek için mevcut seçenekleri kullanın.
- örtüşmeyen olarak pencereleri düzenlemek ve tüm ölçümler pencereleri görüntülemek için çini pencere butonuna tıklayın.
- adlı kullanıcıya faz resmin üzerine ilgi bir alanda bir çizgi çizmek için çizgi cetveli kullanın. Çizgi taslağı penceresinde, ilgi alanı bir kesit profili grafiği görülmektedir. Nesne (Şekil 5) yaklaşık bir yüksekliğe çıkarmak için iki yeşil hat işaretçileri kullanın.
Yüzey pürüzlülüğü numunenin düz tepe kısmında elde edilebilir. - Gerekirse diğer yazılım ithal etmek JPEG formatında son aşaması görüntü kaydetme.
Dinamik Ölçüm Numune ve Veri Analizi 5. Hazırlık
- bir ısıtma istasyonu plaka üzerinde mikro diyafram yerleştirin. Deney sona erene kadar numune plaka kaldırılır olmayacaktır.
- MICR bir hologram kayıtO diyafram bölüm 2 ve 3 Bu şekil analizi için referans olarak kullanılacaktır, yukarıda tarif edilen prosedür takip edilerek çevre sıcaklığında karıştırılmıştır.
- bilgisayardaki faz verileri kaydetmek.
- laboratuvar ısıtma plakası açın.
- Sıcaklık düğmeyi kullanarak, 300 ° C'ye kadar 50 ° C ila 50 ° C 'lik adımlarla sıcaklığına göre değişir. Her sıcaklık adımı için, JPEG formatında faz harita görüntüsünü kaydedin.
- deformasyon veri elde etmek için kaydedilen diğer faz haritadan başlangıç ortam sıcaklığı faz haritası çıkarma.
Not: Bu yazı işleme adımı basit MATLAB kodu ile gerçekleştirilebilir. Elde edilen farklı fazlar MATLAB yüklenir ve basit matris çıkarma yapılır. Daha sonra, farklı deformasyonun aşamalarının kesit çizimleri elde edilebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Yukarıda tarif edilen protokol incelemek ve CDHM sistemi kullanılarak MEMS ve Micro Devices karakterize etmek için tasarlanmıştır. Sistemimizde, tek modlu fiber 633 nm dalga boyunda çalışan bir diyot lazer kuple edilir. Nedeniyle ayrılan kiriş konfigürasyonuna için, yeniden inşa edilebilir bir hologram elde etmek için nesnenin ışın ve referans ışın yolu eşleştirmek için önemlidir. Bu sisteme göre, numunenin dikkat dikey konumlandırma yoluyla elde edilir. Hesaplanan sarılmış faz görüntüde, saçaklar sayısı sistem yüksekliği konumunu değiştirerek minimuma indirilir. Bu optik yollar eşleştirilir sağlar. Şekil 4, örnek doğru eksenel konumlandırma sonra CDHM kullanarak bir ölçümünden elde edilen sonuçları göstermektedir. Veriler tek bir görüntü, gerçek zamanlı olarak elde edilmektedir. Bu deneyde, farklı yüksek ve dönemlere ait ızgara desenleri oluşan bir USAF hedef bir örnek olarak seçilmiştir.Yukarıda açıklandığı gibi, faz harita (Şekil 4A) tek bir görüntü hologram elde edilir. Belirli bir desen bir kesişme Şekil 4A'da gösterilmiştir. San bir hattı (Şekil 4A) numune üzerinde kesit yeri temsil eder. İki yeşil işaretleyici hatları örnek yüksekliği mutlak değerini tahmin etmek için kullanılır. Dijital holografik sisteminin sonuçlarını doğrulamak için, numunenin bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) soruşturma yürütülmektedir. Aynı örnek alan bir kesit Şekil 4B'de gösterilmiştir. Aynı yapı için, 2.1 nm yükseklik farkı AFM ve CDHM ölçümü arasında bulunmuştur. Bu durumda, iki yöntem arasındaki karşılaştırma CDHM yeteneğini göstermektedir.
Özel olarak, MEMS cihazı karakterize etmek için, bir MEMS elektrot 3D statik incelemesi yapılmaktadır. Cihaz altın elektrotlar Patt ile silikondan yapılmıştırbir asansör kapalı işlemini kullanarak erned. Genellikle, silikon bazlı MEMS gibi aşındırma gibi hassas yöntemlerle veya süreç kaldırın üretime dayanır. Her iki durumda da, imalat işlemi sırasında numune morfolojik değişim sayısal yeteneği büyük bir önem taşımaktadır. 5, bu örnek için ölçüm sonucunu göstermektedir. örnek bir 3 boyutlu morfolojisi gözlenebilir. Bir kesit hattı (Şekil 5A) plot denetim için kullanılabilir derinliği haritasını gösterir. kanal olup, derinliği 632 nm olarak bulunmuştur ve elektrotlar arasındaki yanal mesafe de örnek tam bir niceliksel 3 boyutlu analiz sağlama yeteneğine sahip olduğunu gösteriyor CDH tarafından sağlanır. Diğer boyut (Şekil 5B) bir arsa CDHM da pürüzlülük ölçümleri için uygun olduğunu kanıtlayan elektrotun yüzey sertliğine sergiler.
MEMS karakterizasyonu statik uygulamalar g olanreat değer ama ilginç süreçlerin en dinamik kontrol gerektirir. Uygun kayıt yöntemlerini seçerek, CDHM sistemi, statik ve dinamik durumlarda hem de kontrol ve karakterizasyonu Micro Devices, yeteneğine sahiptir. 6 farklı sıcaklıklarda elde edilen bir mikro diyaframın 3D veri bir dizi göstermektedir. diyafram SOI (yalıtkan üzerinde silikon) gofret numune üzerine ince bir plaka yapıştırılarak imal edilmiştir. Örnek bir ısıtma plakası üzerine yerleştirilir. termal deformasyon ölçmek için, sıcaklık 50 ° C olarak değiştirilir 50 ° C'de başlayan ve adımlar 300 ° C'ye kadar. hologram sayısal yeniden Sıcaklıkların gerçekleştirilir. ortam sıcaklığında hologram ve faz önceden kaydedilmiştir. Bu referans fazı olarak kullanılır. deforme devlet (ısı yükü) ve referans devlet (ortam sıcaklığı) çıkarma deformasyon haritaları verir. d termal deformasyon Böylece tam saha analizi iaphragm elde edilir. Şekil 6G, farklı sıcaklıklar için deformasyon ortaya koymaktadır. Bu durumda, hat araziler ölçüm statik ölçümler sırasında elde edilen sonuçlara kıyasla önemli pürüzlülük gösterdiğini de ortaya koymaktadır.
Şekil 1. Dijital holografi kayıt ve yeniden yapılanma süreci şeması. Bu şekil, bir nesnenin üç boyutlu görüntü elde etmek için iki kademeli bir yöntem ayrıntısını göstermektedir. Kayıt işlemi ve elde edilen hologram bir karikatür gösterilmiştir. Nesnenin hologram, genlik ve faz (modülo 2π) elde edilir. Faz 2π belirsizlik çıkarmak için unwrapped edilir. 3 boyutlu rekonstrüksiyon sonra yapılır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Yeniden yapılanma sürecinin 2. Ayrıntılı düzeni Şekil. Bu rakam, yeniden işlem şemasının bir şemasını göstermektedir. Dijital hologram görüntüsü yapılır ve (FFT) kaydedildi ve Hızlı Fourier Dönüşümü edilir. spektrumda yararlı bilgiler seçtikten sonra, görüntü Fourier geri Dönüştürülmüş edilir. Sonra referans kiriş ve hologramın yayılma sayısal nesil bağımsız. Nesnenin faz ve genlik almak için simüle bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
CDHM kurulum Şekil 3. şematik. Bu rakam CDHM kurulum şematik bir (gösterir
CDHM ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) bir ABD hava kuvvetleri hedef yüksekliği ölçümü arasındaki Şekil 4. karşılaştırılması. Bu rakam (AFM mikro yapı CDHM (A) ve bir Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanılarak elde edilen bir ABD hava kuvvetleri hedeften hat planlarını göstermektedir ) (B). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Bir MEMS el Şekil 5. 3D profili ve çizgi arsa ectrode cihazları. CDHM kullanılarak silikon MEMS elektrod tertibatının ölçüm sonuçları. 3D sonuç (C) gösteren yeşil x yönünde (A) belirli bir kesitte numunenin derinliğini tahmin etmek için kullanılan belirteçler ve y yönünde (B) ve bütün alan görüntü ile hat arsa. Bir büyük görmek için tıklayınız Bu rakamın sürümü.
Termal yük altında bir mikro diyaframın 6. Deformasyon çalışması Şekil. Resimler ısı yükü (AF) ve belirli bir kesitte (G) de deformasyon evrimini gösteren çizgi arsa değişen altında bir mikro diyafram 3D deformasyon görüntüleri göstermek.t = "_ blank"> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu derlemede, doğru dijital holografi dayanarak bir kompakt sistem kullanılarak farklı MEMS cihazlarının kantitatif morfolojisi kurtarmak için bir protokol sağlar. Statik ve dinamik modda MEMS gösterilmektedir. Bir mikro kanal MEMS Kantitatif 3D verileri elde edilir. sisteminin doğruluğunu onaylamak için, sonuçlar CDHM ve AFM arasında karşılaştırıldı. İyi bir anlaşma dijital holografi 3D görüntüleme için güvenilir bir teknik olabilir yani bulunmuştur. Sonuçlar sistemi 10 nm derinlik rezolusyonu yeteneğine sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, mikro kanal üzerinde elde edilen sonuçlar örnek morfolojisi MEMS imalat işlemi sırasında kontrol edilebilir sistem MEMS kullanılabilir olduğunu gösterir. Buna ek olarak, CDHM kullanılarak elde büyütme MEMS boyutu (4.2 x) için kullanılacak gereken karşılık gelmektedir. Sistem, aynı zamanda, tam alan ölçme yeteneğine sahiptir. Bu com önemli bir varlık zaman olduğuUzun tarama ölçümü gerektiren böyle konfokal mikroskopi tipik MEMS denetim için kullanılan tekniklere pare. Buna ek olarak, sistemin yanal çözünürlük kolayca olabilir UV lazer kırmızı diyot lazer değiştirerek geliştirmek. Son olarak, sistemin yüksek hassasiyet pürüzlülük ölçümleri sağlar.
Bir mikro diyafram Dinamik ölçüm CDHM termal ya da elektrik yükleme uygulandığında MEMS cihazlarda deformasyon gözlemlemek için uygun bir araç olduğunu ortaya koymaktadır. deformasyon haritası oluşturmak için bir çift pozlama yöntemini kullanarak, bir mikro diyafram dinamik deformasyon çalışması yapılır. Bir diyafram şekli dikkatle gerçek zamanlı olarak izlenebilir görebilirsiniz. 3D morfolojisi tek görüntü kullanılarak hesaplanır çünkü bu sonuç mümkündür. Ancak farklı statik ölçümler sırasında gözlenmiştir ne, termal yük kullanarak dinamik ölçüm anormal kaba profilini gösterir. Gerçekten de, bir çizgi arsa sh düşünebilirizStatik ölçüm sonuçlarına göre kaba olarak Şekil 6G içinde kendi. 10 nm kadar küçük bir yapı çözebilir sistemi olarak, pürüzlülük nesneden geliyor görünmüyor. Olası bir açıklama, ısıtma aşamasında tarafından üretilen ısı, iki dalga arasındaki müdahaleleri bozan ve nesne dalga wavefront etkilediğini olabilir. Ayrıca, dinamik çalışmalar, elektrik yükünü 12 ile MEMS ilgili CDHM kullanılarak gerçekleştirilmiştir ve bu pürüzlülük görünür görünmektedir etmez.
protokol böyle örnek dikey konumlandırma, imar mesafe seçimi, rekonstrüksiyon yöntemi, bir titreşim özgür bir ortamda ve CCD saçaklar kalitesi gibi pek çok kritik adımlar içerir. güvenilir ve istikrarlı bir sonuç sağlamak için, tüm bu adımlar dikkatle yapılmalıdır. Örneğin, nesne ışın yolu sisteme örnek mesafesi önemlidir, örneğin referans biri, aynı olması gerekirCCD net saçak desenleri elde etmek. Ayrıca, sayısal imar mesafesi de hologram görüntü düzleminde yeniden sağlamak için ayarlanabilir olmalıdır. Son olarak, lazerin dalga boyunun yarısından daha yüksek keskin yapısı ile örnek bir güvenilmez faz sonucu neden olur. Gerçekten de, bir faz atlama unwrapping hataları faz nedeniyle görünebilir.
Bu sonuçlar CDHM kabiliyeti MEMS cihazlarının 3D kantitatif derinlik ölçümlerini gerçekleştirmek için göstermektedir. Gerçekten de, MEMS ve mikro sektöründe karşılaşılan gibi yansıtıcı bir yüzey sağlamak için, CDHM karakterize etmek ve mikrosistem cihazları kontrol hem de in situ işlemi ölçümler için kullanılan portatif bir sistemdir. Bir doğrulama çalışması sistemi ile elde edilen sonuçlar son derece güvenilir olduğunu göstermektedir. CDHM büyük tarama alanı kaplar ve gerçek zamanlı ölçümleri yapılabilir. Bu tür AFM veya konfokal MICROS gibi diğer tekniklere göre önemli bir avantajdırzaman alıcı tarama gerektirir kopyası. sonuçlarına sunulan ek olarak, sistem diğer MEMS süreçlerinde değerli bilgi verebilir. Örneğin, MEMS cihazları 11 rezonant modları gözlemlemek için ortalama süresi ve yoğunluğu görüntüleri kullanarak, çok hızlı süreçleri ölçüm kanıtlanmış bir yeteneği vardır. Gelecekteki çalışmalar gerçek zamanlı görüntüleme elektrik yükü altında MEMS konsolun sapma değişikliğini yoğunlaşacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2 MP Camera | Imaging Source | DMX 41BU02 | used to record the hologram. 4.65 microns pixel size |
| Motorized X,Y,Z Translation Stage | Zaber Technology | TLS28-M | Holder for the system |
| Beam splitter | Edmund optics | 49-003 | Cube Beam splitter. Separate and recombine the object and reference beam |
| Laser | Micro Laser Systems, Inc. | SRT-F635S-20/OSYS | Diode laser |
| Mirror | Edmund Optics | #43-412-566 | 1" Dia. Protected Gold, λ/20 Flat Zerodur |
| monomode Fiber | Thorlabs | S405-XP | Single Mode Optical Fiber, 400 - 680 nm, Ø 125 µm Cladding |
| Sample holder | Edmund Optics | #39-930 | Ideal Positioning Platform, ±35 mm Travel in Both X and Y |
| Hotplate | Thermolyne Mirak hotplate | Barnstead International HP72935-60 | temperature range 40-370 °C |
| Holoscope Software | d'Optron Pte Ltd | software developed by the NTU researchers |
References
- Maluf, N. An introduction to Microelectromechanical Systems. , Artech House. Boston. (2002).
- Novak, E.
- Gabor, D.
- Schnars, U., Jüptner, W. Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction. Appl. Opt. 33 (2), 179-181 (1994).
- Schnars, U., Jüptner, W. Digital recording and numerical reconstruction of holograms. Meas. Sci. Technol. 13 (9), 85-101 (2002).
- Pedrini, G., Schedin, S., Tiziani, H. Lensless digital holographic interferometry for the measurement of large objects. Opt. Commun. 171 (1-3), 29-36 (1999).
- Dubois, F., Joannes, L., Legros, J. C. Improved three-dimensional imaging with a digital holography microscope with a source of partial spatial coherence. Appl. Opt. 38 (34), 7085-7094 (1999).
- Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. Studies of digital microscopic holography with applications to microstructure testing. Appl. Opt. 40 (28), 5046-5051 (2001).
- Cuche, E., Bevilacqua, F., Depeursinge, C. Digital holography for quantitative phase-contrast imaging. Opt. Lett. 24 (5), 291-293 (1999).
- Qu, W., Yu, Y., Chee Oi, C., Raj Singh, V., Asundi, A. Quasi-physical phase compensation in digital holographic microscopy. J. Opt. Soc. Am. 26 (9), 2005-2011 (2009).
- Schedin, S., Pedrini, G., Tiziani, H. J., Santoyo, F. M. Simultaneous three-dimensional dynamic deformation measurements with pulsed digital holography. Appl. Opt. 38 (34), 7056-7062 (1999).
- Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. Development and validation of digital microholo interferometric system for micromechanical testing. Proc. SPIE. 4778, 11-20 (2002).
- Qu, W., Bhattacharya, K., Choo, C. O., Yu, Y., Asundi, A. Transmission digital holographic microscopy based on a beam-splitter cube interferometer. Appl. Opt. 48 (15), 2778-2783 (2009).
- Potcoava, M. C., Kim, M. K. Fingerprint biometry applications of digital holography and low-coherence interferography. Appl. Opt. 48 (34), 9-15 (2009).
- Kolman, P., Chmelìk, R.
- Lee, M., Yaglidere, O., Ozcan, A. Field-portable reflection and transmission microscopy based on lensless holography. Biomed. Opt. Express. 2 (9), 2721-2730 (2011).
- Mico, V., Zalevsky, Z., Garcìa, J. Common-path phase-shifting digital holographic microscopy: a way to quantitative phase imaging and superresolution. Opt. Commun. 281 (17), 4273-4281 (2008).
- Singh, V. R., Miao, J., Wang, Z., Hedge, G. M., Asundi, A. Dynamic characterization of MEMS diaphragm using time averaged in-line digital holography. Opt. Commun. 280 (2), 285-290 (2007).
- Singh, V. R., Anderi, A., Gorecki, C., Nieradko, L., Asundi, A. Characterization of MEMS cantilevers lensless digital holographic microscope. Proc. SPIE. 6995, 69950F-1 (2008).
- Schmidt, J. D. Numerical Simulation of Optical Wave Propagation with Examples in MATLAB. SPIE PRESS BOOK. , (2010).
- Zhao, M., Huang, L., Zhang, Q. C., Su, X. Y., Asundi, A., Qian, K. M. Quality-guided phase unwrapping technique: comparison of quality maps and guiding strategies. Appl. Opt. 50 (33), 6214-6224 (2011).
- Wang, Z., Qu, W., Yang, F., Wen, Y., Asundi, A. A new autofocus method based on angular spectrum method in digital holography. Proc. SPIE. 9449, 2-7 (2015).
