Dogłębne analizy diod LED za pomocą kombinacji rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT) i mikroskopii świetlnej (LM) skorelowane ze skaningową mikroskopią elektronową (SEM)

Ogólnym celem tej multimodalnej procedury mikrocharakterystyki jest zapewnienie metody zależnej od lokalizacji korelacji danych uzyskanych za pomocą rentgenowskiej tomografii komputerowej, mikroskopii świetlnej i skaningowej mikroskopii elektronowej. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie mikrocharakterystyki, takie jak analiza awarii lub inżynieria odwrotna urządzeń mikroelektronicznych. Główną zaletą tej techniki jest to, że właściwości optyczne próbki można powiązać z mikrostrukturą, a nawet z submikrometrycznymi szczegółami strukturalnymi.

Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku zapobiegania awariom urządzeń, ponieważ wady optyczne lub jednorodności można ostatecznie i identyfikacyjnie powiązać z wadami strukturalnymi lub elektrycznymi urządzeń. Tak więc ta metoda może zapewnić wgląd w urządzenia mikroelektroniczne. Można go również zastosować do innych analiz statyczno-wytrzymałościowych, takich jak charakterystyka materiałów kompozytowych.

Rozpocznij tę procedurę od prostego przygotowania i ustawienia pomiaru CT zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Wybierz obszar zainteresowania lub ROI, identyfikując obszar, który nie jest zasłonięty przez mierzony obiekt podczas jednego pełnego obrotu. W oknie pomiaru z obrazem na żywo naciśnij i przytrzymaj lewy przycisk myszy i narysuj okno z czerwoną ramką.

Kliknij prawym przyciskiem myszy ramkę tego okna, aby otworzyć menu kontekstowe. Następnie wybierz opcję Ustaw jako okno obserwacji. Kolor ramki zmieni się na żółty, a okienko obserwacyjne zostanie zamocowane w oknie pomiaru.

Aktywuj moduł oprogramowania Auto-scan Optimizer, za pomocą którego wykonywanych jest dziewięć obrazów przed właściwym skanowaniem próbki. Są to obrazy wykonywane w krokach co 40 stopni podczas obracania próbki. Jednocześnie aktywuj moduł Detector Shift routine.

Jednoczesna aktywacja tych dwóch modułów przed rozpoczęciem właściwej tomografii komputerowej zapewnia korektę ruchów próbki i artefaktów pierścienia. Następnie zeskanuj próbkę, uruchamiając procedurę Akwizycji danych w oprogramowaniu do akwizycji. Przenieś dane rekonstrukcyjne do oprogramowania do analizy danych CT i wyrównaj próbkę w płaszczyznach X-Y, X-Z i Y-Z za pomocą prostej funkcji rejestracji w oprogramowaniu.

Zastosuj filtrowanie mediany przy użyciu filtra o rozmiarze 3. Do mikropreparatyki zatopić diodę LED w żywicy epoksydowej za pomocą przezroczystych podpór. Wywierć dwa małe otwory po przeciwnych stronach wspornika i przeprowadź przez niego srebrny drut.

W tym momencie kluczowe jest staranne ułożenie próbki. Jeśli odchylenie od idealnej pozycji zostanie określone przez tomografię komputerową jako zbyt duże, może dojść do awarii elektrycznych i protokół będzie musiał zostać uruchomiony od początku. Ustaw diodę LED, dokręcając lub poluzowując srebrny drut, aby wyrównać przednią krawędź diody LED i wspornik.

Wypełnij pierścień żywicą epoksydową w silikonowej zlewce wstępnie poddanej obróbce, aby upewnić się, że nie przyklei się do żywicy epoksydowej. Następnie pozwól żywicy epoksydowej stwardnieć. Mechanicznie usuń nadmiar żywicy, szlifując papierem grubościernym.

Za pomocą mikroskopu stereoskopowego upewnij się, że wspornik i dioda LED są wyrównane, a następnie przymocuj diodę LED osadzoną w żywicy epoksydowej w sposób strugarki do prostego uchwytu w celu precyzyjnego szlifowania. Użyj szlifierki z pomiarem ścieralności i usuń powierzchnię próbki do 100 mikronów od pozycji docelowej płaszczyzny. Po wypolerowaniu obserwuj gładką i pozbawioną zarysowań powierzchnię za pomocą mikroskopu stereoskopowego.

Oczyść próbkę wodą dejonizowaną i wacikami, a następnie usuń wodę, spłukując etanolem i susząc suszarką do włosów. Stopić próbkę w odpowiednim uchwycie na próbkę do korelacyjnej mikroskopii świetlnej i elektronowej, w skrócie CLEM. Upewnij się, że uchwyt próbki mocuje próbkę do użycia w LM, powlekarce napylającej i SEM.

Dostosuj znaczniki kalibracji do tej samej wysokości, co powierzchnia próbki. Upewnij się, że wypolerowana powierzchnia jest równoległa do płaszczyzny ogniskowej LM.Następnie przymocuj uchwyt próbki do zmotoryzowanego stolika XY LM.Podłącz diodę LED do zasilania. Zasilacz powinien pracować w trybie prądu stałego.

Za pomocą oprogramowania mikroskopu skalibruj pozycję uchwytu próbki na stoliku X-Y, zapisując położenie znaczników kalibracji jako punkty odniesienia. Przesuń stolik XY LM tak, aby ROI próbki znajdował się w polu view LM.Włącz zasilanie i dostrój emisję LED. Wyłącz podświetlenie LM i dostosuj czas naświetlania kamery LM.

Uzyskać obraz LM rozkładu światła w próbce. W razie potrzeby luminescencja obrazu wraz z innymi kontrastami poprzez jednoczesną aktywację oświetlenia LM i diody LED. Zapisz wszystkie obrazy LM wraz z odpowiednią pozycją stage zgodnie z opisem w instrukcji obsługi.

Przygotuj się do analizy SEM, napylając próbkę i przeprowadzając konfigurację zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Przesuń stolik, aby pokazać zwrot z inwestycji w próbkę i wykonaj analizę SEM w tym samym miejscu, co w przypadku LM.Wybierz Detektor elektronów wstecznie rozproszonych, aby uzyskać kontrast materiału. Dla tej próbki wybierz energię elektronu równą 20 keV.

Ustaw aperturę na 30 mikronów i umieść próbkę w odległości roboczej 8,7 mm. Wybierz Wtórny detektor elektronów do obrazowania powierzchni mikrostruktury. Następnie zmień na EDS Detector w celu mapowania elementów.

Dla tej próbki należy wybrać aperturę 60 mikronów, aby zwiększyć prąd wiązki, i umieścić próbkę w odległości roboczej 9 mm. Reprezentatywne wyniki dla mikrocharakterystyki elektrycznie sprawnej diody LED przedstawiono tutaj. Oto próbka przygotowana do tomografii komputerowej, o powierzchni wióra 1 mm kwadratowy

Informacje o objętości rekonstrukcyjnej tomografii komputerowej umożliwiają planowanie płaszczyzn cięcia do mikroprzygotowania. Dzięki starannemu ustawieniu przekroju poprzecznego próbki zapewniona jest operatywność elektryczna po częściowej operacji. Informacje o zachowaniu luminescencji uzyskuje się za pomocą mikroskopii optycznej napędzanej elektrycznie diody LED.

Niebieska emisja półprzewodnika jest dobrze odróżniana od czerwonej i żółtej emisji luminoforów za pomocą tego urządzenia. Nakładanie obrazów z mikroskopii świetlnej na SE Microgras za pomocą mikroskopii skorelowanej zwiększa głębię informacji. W tym przykładzie ujawnia się mikrostruktura dwóch luminoforów.

Więcej informacji można uzyskać za pomocą nakładek spektroskopii fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją energii. Po opanowaniu charakterystyki urządzenia do płynów, w tym wszystkich pokazanych modeli, można wykonać w ciągu 48 godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o wielokrotnym sprawdzaniu działania urządzenia podczas przygotowywania przekroju poprzecznego.

Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak mikroskopia fluorescencyjna, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak wzbudzenie i zachowanie emisyjne luminoforów. Technika ta umożliwia naukowcom zajmującym się mikrocharakteryzacją badanie urządzeń elektrooptycznych w pełnej funkcjonalności.