Summary
نقدم انعكاس المدمجة نظام المجسم الرقمي (CDHM) للتفتيش وتوصيف الأجهزة MEMS. وأظهر تصميم عدسة أقل باستخدام موجة مدخلات متباينة توفير التكبير الهندسي الطبيعي. كلاهما قدم دراسات والدينامية.
Introduction
المقاييس الصغرى والمتناهية الصغر الأشياء هو من أهمية كبيرة لكلا الصناعة والباحثين. في الواقع، والتصغير من الأشياء يمثل تحديا جديدا لعلم القياس البصرية. نظم الصغرى والكهربائية الميكانيكية (MEMS) وتعرف عموما والمنمنمة الأنظمة الإلكتروميكانيكية ويتكون عادة مكونات مثل أجهزة الاستشعار الصغيرة، والمحركات الصغيرة، والالكترونيات الدقيقة والمجهرية. وقد وجدت العديد من التطبيقات في مجال متنوعة مثل التكنولوجيا الحيوية، والطب والاتصالات والاستشعار 1. في الآونة الأخيرة، والتعقيد المتزايد فضلا عن التصغير التدريجي للكائن اختبار ملامح الدعوة إلى تطوير تقنيات توصيف مناسبة لممس. صناعة إنتاجية عالية من هذه مايكروسيستمز المعقدة يتطلب تنفيذ تقنيات قياس مضمنة المتقدمة، لتحديد معالم مميزة والعيوب المتعلقة الناجمة عن الظروف العملية 2. على سبيل المثال، انحراف المعلمة الهندسيeters في جهاز ممس يؤثر على خصائص النظام ويجب أن تتسم. وبالإضافة إلى ذلك، صناعة تتطلب عالية الأداء قياس القرار، مثل كامل ثلاثة أبعاد (3D) المقاييس، ELD فاي واسعة من الرأي، القرار التصوير عالية، وتحليلها في الوقت الحقيقي. وبالتالي، فمن الضروري لضمان مراقبة الجودة وعملية التفتيش موثوق بها. وعلاوة على ذلك، فإنه يتطلب نظام القياس لتكون قابلة للتنفيذ بسهولة على خط الإنتاج، وبالتالي التعاقد نسبيا ليتم تثبيتها على البنى التحتية القائمة.
تصوير ثلاثي الأبعاد، الذي قدم للمرة الأولى من قبل غابور 3، هو الاسلوب الذي يسمح للانتعاش من المعلومات الكمية الكاملة للجسم عن طريق تسجيل التداخل بين إشارة وموجة الكائن في وسيلة للضوء. وخلال هذه العملية المعروفة باسم التسجيل، يتم تخزين سعة، مرحلة والاستقطاب من حقل في المتوسط. ثم يمكن استردادها مجال موجة الجسم عن طريق إرسال شعاع إشارة على ليdium، وهي عملية تعرف باسم القراءة البصرية للصورة ثلاثية الأبعاد. منذ كاشف التقليدية يسجل فقط شدة الموجة، وكان السند الخطي موضع اهتمام كبير في السنوات الخمسين الماضية لأنه يتيح الوصول إلى معلومات إضافية عن الحقل الكهربائي. ومع ذلك، هناك عدة جوانب من السند الخطي التقليدي جعلها غير عملي لصناعة التطبيقات. في الواقع، والمواد حساس غالية الثمن وعملية التسجيل عموما يتطلب درجة عالية من الاستقرار. وقد فتحت التقدم في أجهزة الاستشعار كاميرا ذات دقة عالية مثل أجهزة جانب مشحونة (CCD) نهجا جديدا لعلم القياس الرقمي. واحدة من تلك التقنيات يعرف السند الخطي الرقمي (4). في الذواكر ثلاثية الأبعاد الرقمية (DH)، يتم تسجيل ثلاثية الأبعاد على الكاميرا (وسط تسجيل) وتستخدم العمليات العددية لإعادة بناء المعلومات المرحلة وشدة. كما هو الحال مع السند الخطي التقليدي، ويمكن الحصول على النتيجة بعد إجراءين رئيسيين: تسجيل وإعادة البناء كما هو مبين في فايجوري 1. ومع ذلك، إذا كان تسجيل يشبه السند الخطي التقليدي، وإعادة الإعمار العددي فقط 5. وأظهرت عملية إعادة الإعمار العددية في الشكل (2). ويشارك اثنان من الإجراءات في عملية إعادة الإعمار. أولا، يتم استرداد الميدان موجة كائن من صورة ثلاثية الأبعاد. يتم ضرب صورة ثلاثية الأبعاد مع موجة إشارة رقمية للحصول على واجهة الموجة الكائن في الطائرة صورة ثلاثية الأبعاد. ثانيا، يتم نشر اجهة الموجة الكائن معقدة من الناحية العددية إلى الطائرة الصورة. في نظامنا، يتم تنفيذ هذه الخطوة باستخدام طريقة التفاف 6. مجال بناؤها عليها وظيفة معقدة، وبالتالي مرحلة وكثافة ويمكن استخراج توفير المعلومات ارتفاع الكمية على وجوه الفائدة. قدرة كله الميداني تخزين المعلومات في طريقة التصوير الثلاثي الأبعاد واستخدام تكنولوجيا الحاسب الآلي لمعالجة البيانات بسرعة تقديم المزيد من المرونة في تكوين التجربة وزيادة كبيرة في سبيد العملية التجريبية، وفتح آفاقا جديدة لتطوير DH كأداة المترولوجية ديناميكية لممس والنظم الدقيقة 7،8.
استخدام السند الخطي الرقمي في مرحلة التصوير النقيض الآن راسخة وقدم لأول مرة أكثر من عشر سنوات منذ 9. في الواقع، وقد تم إجراء تحقيق من الأجهزة المجهرية عن طريق الجمع بين التصوير الثلاثي الأبعاد الرقمية والفحص المجهري في العديد من الدراسات 10، 11، 12، 13. العديد من الأنظمة القائمة على تماسك عال 14 وانخفاض التماسك من 15 مصدرا وكذلك أنواع مختلفة من الهندسة 13، 16، 17 (في خط، خارج المحور، مسار مشترك ...) قد قدمت. وبالإضافة إلى ذلك، في خط استخدمت السند الخطي الرقمي سابقا في توصيف جهاز ممس 18 و 19. ومع ذلك، فإن هذه النظم هي صعبة عموما لتنفيذ وضخمة، مما يجعلها غير صالحة للتطبيقات الصناعية. في هذه الدراسة، فإننا نقترح نظام مدمج وبسيط وعدسة مجانية على أساس AXI خارجق السند الخطي الرقمي قادر للتفتيش في الوقت الحقيقي ممس والتوصيف. المجهر الاتفاق التصوير المجسم الرقمي (CDHM) هو عدسة أقل نظام الثلاثية الأبعاد الرقمية المتقدمة وبراءات الاختراع للحصول على التشكل 3D الأجسام براق حجم الصغير. في نظامنا، 10 ميغاواط، مستقرة للغاية، ويقترن التحكم في درجة الحرارة ليزر ديود تعمل على 638 نانومتر إلى الألياف أحادية الوضع. كما هو مبين في الشكل (3)، يتم تقسيم شعاع متباينة المنبثقة من الألياف في إشارة وشعاع الكائن من قبل الخائن شعاع. ويتألف مسار الشعاع إشارة مرآة مائلة لتحقيق الهندسة محور قبالة. وينتشر شعاع الكائن وتنعكس من العينة. شعاعين تتداخل على CCD يعطي صورة ثلاثية الأبعاد. ويطلق على نمط التدخل مطبوع على الصورة حاملة المكاني ويسمح استرداد المعلومات مرحلة الكمية مع صورة واحدة فقط. يتم تنفيذ إعادة الإعمار العددي باستخدام فورييه المشترك تحويل وخوارزمية الالتواء كما ستاتيد سابقا. تكوين عدسة أقل ديها العديد من المزايا مما يجعلها جذابة. كما تستخدم أي العدسات، وشعاع الإدخال موجة متباينة توفير التكبير الهندسي الطبيعي، وبالتالي تحسين دقة النظام. وعلاوة على ذلك، فهو حر من الانحرافات التي واجهتها في النظم البصرية نموذجية. كما يمكن أن يرى في الشكل 3B، يمكن جعل نظام مدمج (55x75x125 مم 3)، وخفيفة الوزن (400 غرام)، وبالتالي يمكن دمجها بسهولة في خطوط الإنتاج الصناعية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد أولي لقياس
ملاحظة: العينة المستخدمة في التجربة هي القطب MEMS. هي ملفقة الأقطاب الذهب على رقاقة السيليكون باستخدام الرفع من العملية. العينة هو 18 ملم × 18 ملم رقاقة مع الهياكل دورية (أقطاب) مع 1 مم فترة
- تسجيل الدخول إلى دفتر قبل استخدام هذا النظام.
- قم بتشغيل الكمبيوتر والليزر ومرحلة الترجمة السلطة.
- وضع ممس القطب / الدقيقة الحجاب الحاجز العينة.
- ضع عينة ممس في منتصف صاحب العينة باستخدام الملقط.
- ضبط صاحب العينة لوضع الأقطاب الكهربائية في مسار الشعاع. يتم تعريف الحقل قياس الحد الأقصى لعرض حسب حجم مستشعر الكاميرا. وهو مستطيل من 2.3 مم × 1.8 مم.
- باستخدام العمودية الاتجاه بمحركات المرحلة، حرك النظام بشكل تقريبي 1.5 سم بعيدا عن العينة.
2. البرنامج إعدادات الضبط
- فتح 3DViewالبرمجيات. 3DView هو برنامجنا في المنزل وضعت في C ++.
- انقر زر مصدر التصوير لاختيار الكاميرا المناسبة للتجربة. اختيار كاميرا أحادية اللون اتفاقية مكافحة التصحر. تجنب كاميرا اللون في هذا الإعداد منذ يستخدم ليزر ديود أحادي اللون. بالإضافة إلى ذلك، لنفس العدد من بكسل، فإن القرار سيكون أقل عند استخدام الكاميرات اللون.
- في علامة التبويب إعدادات الجهاز، حدد Y800 (1280 س 960) شكل فيديو و 15 لقطة في الفيديو معدل الثاني.
- انقر زر التشغيل الأصفر لتشغيل الكاميرا. يجب أن تظهر صورة الكائن مع أنماط هامش مطبوع (الهولوغرام).
- ضبط معايير الربح والتعرض المثلى لتجنب صورة تشبع إذا لزم الأمر.
- باستخدام طريقة العرض الحية كاميرا الفيديو نافذة، وضبط الموقف عينة لتحديد المنطقة بالضبط للتحقيق في العينة.
- ضبط مفتوحة التبويب.
- في علامة التبويب التكوين، حدد نوع من السطحية (عاكسة أو شفافة)، والطول الموجي من لاسر، وبكسل حجم الكاميرا. الليزر هو ليزر ديود تعمل على 633 نانومتر. حجم بكسل للكاميرا هو 4650 نانومتر. العينة هو جهاز براق ممس القطب لذا يجب تحديد وضع عاكس.
ملاحظة: التكوين CDHM يسمح السطوح العاكسة إلا أن تقاس. ومع ذلك، يمكن للبرنامج أيضا أن تستخدم لقياس العينات الشفافة عند استخدام نظام التصوير الثلاثي الأبعاد الرقمية المختلفة (13). أي تغيير في هذا الإعداد يغير الصيغة ارتفاع حساب من المرحلة. والواقع أن بصري الفرق مسار حساب يختلف قليلا عن عينات شفافة كما يتضمن مؤشر كائن الانكسار. - اختيار خوارزمية إعادة الإعمار الإلتواء وتعيين المسافة إعادة الإعمار إلى الصفر. اختيار خطوة إعادة بناء 1 أو 2.
ملاحظة: يمكن تعريف المعلمة بعد إعادة الإعمار في وقت لاحق من خلال النظر في صورة كثافة تم الحصول عليها من صورة ثلاثية الأبعاد واستخدام التركيز التلقائي. وتحدد الخطوة إعادة الإعمار في عدد منالخطوات المتبعة لتنفيذ فريسنيل يتجزأ ومحاكاة انتشار شعاع. الطريقة الأولى تقييم يتجزأ مرة واحدة كما فورييه واحد تحويل. وهناك خطوة من 2 تقييم يتجزأ مرتين. وهذا يضيف المزيد من المرونة في تباعد الشبكة ولكن حسابيا أقل كفاءة 20. - في علامة التبويب تجهيز آخر، حدد خوارزمية إزالة التغليف اللازمة للحصول على صورة ملفوف النهائية. اختر جودة تعيينها الخوارزمية.
ملاحظة: في البرنامج، واختيار بين غولدشتاين والجودة رسم خرائطها خوارزمية ويمكن إجراء. وقد أظهرت في وقت لاحق مرحلة المكانية قوية وسريعة إزالة التغليف. ويستند الخوارزمية جودة معين على مرحلة الموجهة إزالة التغليف كما هو موضح في 21.
- في علامة التبويب التكوين، حدد نوع من السطحية (عاكسة أو شفافة)، والطول الموجي من لاسر، وبكسل حجم الكاميرا. الليزر هو ليزر ديود تعمل على 633 نانومتر. حجم بكسل للكاميرا هو 4650 نانومتر. العينة هو جهاز براق ممس القطب لذا يجب تحديد وضع عاكس.
3. الحصول على البيانات
- اضغط على تحويل فورييه رمز لفتح نافذة الطيف فورييه. واحد 0 النظام واثنين +1، -1 يجب أن تظهر أوامر. إذا لم تكن هذه هي الحالة، تأكد من أن العينة في المكان المناسب، وضبط اكتسابد التعرض لفترة ثانية.
- وقف وضع قياس الحية. اختيار واحد من أوامر diffracted (تردد إيجابية أو سلبية) باستخدام أداة التصفية. يجب أن تكون المساحة المحددة كبير بما فيه الكفاية حتى يتسنى لجميع الترددات اللازمة لاسترجاع المرحلة موجودة. تبديل على طريقة العيش مرة أخرى.
ملاحظة: سيتم اختيار النظام السلبي يؤثر فقط علامة على مرحلة في النتيجة النهائية، أي أن مقلوب صورة 3D النهائية. - فتح نافذة المرحلة. تأكد من أن لا يتم تمكين وضع ملفوف. يجب أن تظهر صورة المرحلة الرمادية من وجوه مطبوع مع هامش ملفوفة.
- الاستفادة من المرحلة الرأسية الآلية للحد من عدد من هامش في صورة المرحلة. عندما تترك سوى 1 أو 2 هامش على الصورة، ووقف مرحلة الآلية.
ملاحظة: يعتمد هذا النظام على التداخل. وبالتالي فإنه من حساسية للاهتزازات. بعد انتقاله المرحلة ض الاتجاه الآلية، يجب على المستخدم الانتظار 1 أو 2 ثانية قبل ظهور صورة المرحلة ملفوفة ضد هبوطن. ومن المهم أيضا لتجنب الاهتزازات أثناء القياس للحصول على صورة مرحلة مستقرة. - انقر على زر التركيز التلقائي 22 للعثور على أفضل مسافة إعادة الإعمار. قد تحتاج إلى واحد لاستخدام ضبط تلقائي للصورة عدة مرات من الاقتراب من مسافة إعادة الإعمار المثلى حتى تظهر الصورة كثافة حادة وواضحة. ويستند التركيز التلقائي على طريقة الطيف الزاوي فعالية كفاءة والوقت كما هو موضح في 22.
ملاحظة: شريط التمرير التركيز يمكن أن تستخدم لتعديل غرامة. ثم، انقر على زر التركيز Center لتسجيل المسافة اعادة الاعمار الحالية. ويبدو في بعض الأحيان أن لم يتم العثور على أفضل التركيز مع خيار ضبط تلقائي للصورة. في هذه الحالة، بعد إعادة الإعمار المدخلات يدويا للعثور على أفضل التركيز. - تمكين وضع ملفوف لرؤية صورة المرحلة ملفوف من خلال النقر على زر إزالة التغليف.
4. التصور البيانات وتحليل لقياس ثابت
- فتح نافذة صورة 3D لرؤية 3D النهائيصورة من العينة. استخدام الخيارات المتاحة لمراقبة النتيجة النهائية (تدوير، خريطة ملونة، وعرض النطاق ...).
- انقر على زر ويندوز البلاط لترتيب النوافذ على أنها غير التداخل وعرض جميع القياسات ويندوز.
- استخدام المسطرة خط لرسم خط على مساحة الفائدة على صورة المرحلة ملفوف. في إطار مؤامرة الخط، وعبر التعريف مؤامرة قطاعات من مساحة الفائدة يمكن ملاحظتها. استخدام اثنين من علامات الخط الأخضر لاستخراج الارتفاع التقريبي للكائن (الشكل 5).
ويمكن الحصول على خشونة السطح في الجزء العلوي شقة من العينة. - حفظ صورة المرحلة النهائية في شكل .JPEG لاستيراده إلى البرامج الأخرى إذا لزم الأمر.
5. إعداد العينات وتحليل البيانات لقياس الحيوي
- وضع الحجاب الحاجز الصغير على طبق من محطة التدفئة. لن يتم إزالة عينة من لوحة حتى انتهاء التجربة.
- تسجيل ثلاثية الأبعاد من ميكرس الحجاب الحاجز عند درجة حرارة الغرفة وذلك باتباع الإجراء الموضح أعلاه في القسم 2 و 3. وسوف يستخدم كمرجع لتحليل تشوه.
- حفظ البيانات مرحلة على الكمبيوتر.
- بدوره على لوحة التدفئة المختبر.
- باستخدام مقبض درجة الحرارة، وتختلف درجة الحرارة في خطوات من 50 درجة مئوية من 50 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية. لكل خطوة درجة الحرارة، وحفظ صورة خريطة المرحلة في شكل .JPEG.
- طرح درجة الحرارة المحيطة خريطة المرحلة الأولى من خريطة مرحلة أخرى سجلت للحصول على البيانات تشوه.
ملاحظة: يمكن أن تتحقق هذه المعالجة خطوة آخر مع رمز MATLAB بسيطة. يتم تحميل المراحل المختلفة التي تم الحصول عليها في MATLAB ويتم تنفيذ بسيط مصفوفة الطرح. ثم يمكن الحصول على قطع المقطع العرضي للمراحل تشوه مختلفة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم تصميم بروتوكول المذكورة أعلاه لفحص وتميز ممس والأجهزة الصغيرة باستخدام نظام CDHM. في نظامنا، ويقترن الألياف أحادية الوضع ليزر ديود تعمل في الطول الموجي 633 نانومتر. ويرجع ذلك إلى التكوين شعاع متباينة، فمن المهم أن تتناسب مع شعاع الكائن ومسار الشعاع إشارة من أجل الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد التي يمكن إعادة بنائها. ويتحقق ذلك من خلال وضع رأسي دقيق للعينة مع الاحترام للنظام. في صورة المرحلة ملفوفة محسوبة، يتم تقليل عدد من هامش إلى أدنى حد ممكن عن طريق تغيير موقف ارتفاع النظام. ومن يضمن أن تتم مطابقة مسارات البصرية. ويبين الشكل 4 نتيجة تم الحصول عليها من القياس باستخدام CDHM بعد تحديد المواقع محوري السليم للعينة. يتم الحصول على البيانات في الوقت الحقيقي من صورة واحدة. في هذه التجربة، يتم اختيار هدف القوات الجوية الأمريكية تتمثل في أنماط صريف من الارتفاعات وفترات مختلفة كعينة.كما هو موضح أعلاه، يتم استخراج خريطة المرحلة (الشكل 4A) من الملصق صورة واحدة. ويرد مؤامرة خط نمط معين في الشكل 4A. الخط الأصفر (الشكل 4A) يمثل قسم موقع عبر على العينة. وتستخدم اثنين من خطوط علامة خضراء لتقدير القيمة المطلقة لارتفاع العينة. من أجل التحقق من صحة نتائج نظام المجسم الرقمي، وإجراء تحقيق القوة الذرية المجهر (AFM) من العينة خارج. ويرد المقطع العرضي للمنطقة العينة نفسها في الشكل 4B. للهيكل نفسه، تم العثور على فرق الارتفاع من 2.1 نانومتر بين فؤاد وقياس CDHM. وبالتالي، مقارنة بين الطريقتين توضح قدرة CDHM.
لتوصيف تحديدا جهاز ممس، ويتم التحقيق 3D ثابت من القطب ممس بها. يتكون الجهاز من السيليكون مع أقطاب الذهب باتerned باستخدام عملية رفع قبالة. عموما، ممس السيليكون أساس وملفقة باستخدام أساليب الحساسة مثل النقش أو رفع الخروج العملية. في كلتا الحالتين، والقدرة على قياس التغير في التشكل عينة أثناء عملية التصنيع هي ذات أهمية كبيرة. ويبين الشكل 5 نتيجة القياس لهذه العينة. مورفولوجيا كامل 3D من العينة يمكن ملاحظتها. وتوضح مؤامرة خط المقطع العرضي (الشكل 5A) خريطة العمق التي يمكن استخدامها للتفتيش. وجدت على عمق القناة لتكون 632 نانومتر، ويتم توفير المسافة الجانبية بين الأقطاب أيضا CDH تبين أنه قادر على تقديم تحليل 3D الكمي الكامل للعينة. مؤامرة في البعد الآخر (الشكل 5B) المعارض خشونة سطح القطب تثبت أن CDHM هو أيضا مناسبة لقياس خشونة.
تطبيقات ثابتة في توصيف MEMS هي من زقيمة ريت لكن معظم عمليات مثيرة للاهتمام يتطلب التفتيش الحيوية. عن طريق اختيار الأساليب المناسبة تسجيل، ونظام CDHM قادر على التفتيش وتوصيف الأجهزة الصغيرة لكلتا الحالتين والدينامية ويبين الشكل 6 سلسلة من البيانات 3D من الحجاب الحاجز الصغير الحصول على درجات حرارة مختلفة. كانت ملفقة الحجاب الحاجز من قبل الرابطة لوحة رقيقة على لأبناء العراق (السيليكون على العازل) عينة رقاقة. يتم وضع عينة على طبق من التدفئة. من أجل قياس التشوه الحراري، وتتنوع درجة الحرارة في 50 درجة مئوية الخطوات ابتداء من 50 درجة مئوية وحتى 300 درجة مئوية. يتم تنفيذ إعادة الإعمار العددي للالمجسمة لكل درجة الحرارة. وقد سجلت ثلاثية الأبعاد والمرحلة عند درجة حرارة الغرفة سابقا. يتم استخدامه كمرحلة المرجعية. الطرح الدولة المسخ (الحمل الحراري) والدولة المرجعية (درجة الحرارة المحيطة) يعطي خرائط تشوه. وبالتالي، فإن التحليل الميداني الكامل للتشوه الحراري للد يتم الحصول على iaphragm. الشكل 6G يسلط الضوء على تشويه لدرجات حرارة مختلفة. في هذه الحالة، وقطع خط تكشف أن قياس تظهر خشونة كبيرة بالمقارنة مع النتائج التي تم الحصول عليها خلال قياسات ثابتة.
الشكل 1. الرقمية تسجيل السند الخطي ومخطط عملية إعادة الإعمار. ويظهر هذا الرقم التفاصيل من عملية خطوتين للحصول على ثلاثة صورة ثلاثية الأبعاد للكائن. ويرد الكرتون من عملية التسجيل وصورة ثلاثية الأبعاد الناتجة. من الهولوغرام، السعة والطور (مودولو 2π) الكائن يتم استخراج. ومن بنزع الملاءة عن المرحلة لإزالة الغموض 2π. ثم يتم تنفيذ إعادة الإعمار 3D. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. مخطط مفصل لعملية إعادة الإعمار. ويظهر هذا الرقم التخطيطي للمخطط عملية إعادة الإعمار. يتم تسجيل ثلاثية الأبعاد الرقمية وتحويل فورييه السريع (الاتحاد الفرنسي للتنس) من يتم إجراء صورة. بعد تحديد معلومات مفيدة في الطيف، والصورة فورييه تحولت إلى الوراء. ثم يتم محاكاة جيل العددي للشعاع إشارة ونشر صورة ثلاثية الأبعاد لاسترداد المرحلة والسعة للكائن مستقل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3. تخطيطي لإعداد CDHM. ويبين هذا الرقم التمثيل التخطيطي من الإعداد CDHM (
الشكل 4. مقارنة بين CDHM ومجهر القوة الذري (AFM) قياس ارتفاع هدف القوة الجوية الامريكية. ويبين هذا الرقم المؤامرات خط من هدف القوة الجوية الامريكية الهيكل الصغير الحصول باستخدام CDHM (A)، ومجهر القوة الذرية (AFM ) (B). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. 3D الشخصية وخط مؤامرة لممس ايل أجهزة ectrode. نتائج القياس من جهاز القطب ممس السيليكون باستخدام CDHM. مؤامرة خط مع علامات الخضراء المستخدمة لتقدير عمق العينة على شريحة معينة في اتجاه x (A) واتجاه ص (ب) وصورة حقل كلها تظهر 3D نتيجة (C). الرجاء انقر هنا لعرض أكبر نسخة من هذا الرقم.
الرقم 6. دراسة تشوه الحجاب الحاجز الصغير تحت الحمل الحراري. تظهر الصور الصور تشوه 3D من الحجاب الحاجز الصغير تحت متفاوتة الحمل الحراري (AF) والمؤامرة التي تعرض تطور تشوه في شريحة معينة (G).ر = "_ فارغة"> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
في هذا الاستعراض، ونحن نقدم على بروتوكول لاسترداد بدقة التشكل الكمي للأجهزة MEMS مختلفة باستخدام نظام مدمج الاعتماد على السند الخطي الرقمي. ويتجلى توصيف ممس في وضع حد سواء والدينامية. يتم الحصول على بيانات 3D كمية من ممس قناة الصغرى. من أجل التحقق من صحة دقة النظام، وقد تم مقارنة النتائج بين CDHM وفؤاد. تم العثور على اتفاق جيد وهذا يعني أن السند الخطي الرقمية يمكن أن تكون تقنية موثوقة للتصوير 3D. وتشير النتائج إلى أن النظام قادر على عمق 10 نانومتر القرار. وعلاوة على ذلك، فقد بينت النتائج التي تم الحصول عليها على قناة الصغرى أن النظام يمكن استخدامه في توصيف ممس كما التشكل من عينة يمكن السيطرة عليها أثناء عملية ممس تلفيق. بالإضافة إلى ذلك، التكبير التي تم الحصول عليها باستخدام CDHM تتوافق مع ما ينبغي أن تستخدم لحجم ممس (4.2X). هذا النظام هو أيضا قادرة على قياس حقل كامل. هذا هو ميزة كبيرة عندما كومحلج إلى التقنيات المستخدمة عادة للتفتيش ممس مثل المجهر متحد البؤر، والتي تتطلب قياس المسح طويلة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن القرار الوحشي للنظام يمكن أن يكون بسهولة تحسين عن طريق تغيير ليزر ديود الأحمر ليزر الأشعة فوق البنفسجية. وأخيرا، وحساسية عالية للنظام تتيح قياس خشونة.
قياس ديناميكية على الحجاب الحاجز الصغير يكشف أن CDHM هو الأداة المناسبة لمراقبة تشوه في الأجهزة ممس عندما يتم تطبيق التحميل الحراري أو الكهربائي. باستخدام طريقة التعرض مزدوجة لبناء خريطة تشوه، يتم تنفيذ دراسة تشوه ديناميكية من الحجاب الحاجز الصغير. يمكن للمرء أن يرى أن شكل الحجاب الحاجز يمكن ملاحظة بعناية في الوقت الحقيقي، وهذا نتيجة ممكنة لأن التشكل 3D يتم احتساب باستخدام صورة واحدة فقط. ولكن بشكل مختلف عن ما لوحظ خلال قياسات ثابتة، وقياس ديناميكية باستخدام الحمل الحراري يظهر ملف تعريف الخام بشكل غير طبيعي. في الواقع، يمكن للمرء أن ينظر المؤامرة ش خطتملك في الشكل 6G كما الخام بالمقارنة مع نتائج القياس ثابتة. كما يمكن للنظام لحل بنية صغيرة تصل إلى 10 نانومتر، لا يبدو أن خشونة لتكون قادمة من الكائن. وثمة تفسير محتمل يمكن أن يكون أن الحرارة المتولدة من مرحلة التسخين يشوش على التداخل بين موجات اثنين ويؤثر على واجهة الموجة موجة الكائن. وبالإضافة إلى ذلك، تم إجراء دراسات ديناميكية باستخدام CDHM على MEMS باستخدام الحمل الكهربائي 12 و لا يبدو أن هذا خشونة لتظهر.
ويتضمن البروتوكول العديد من الخطوات الهامة، مثل تحديد المواقع عينة العمودي، واختيار المسافة إعادة الإعمار، وطريقة إعادة الإعمار، وبيئة خالية من الاهتزاز ونوعية هامش على اتفاقية مكافحة التصحر. لضمان نتيجة موثوقة ومستقرة، يجب أن يتم تنفيذ كل هذه الخطوات بعناية. على سبيل المثال، مسار الشعاع كائن يجب أن يكون نفس مرجع واحد، على سبيل المثال، والمسافة العينة إلى نظام أمر بالغ الأهميةللحصول على أنماط هامش اضحة على اتفاقية مكافحة التصحر. وعلاوة على ذلك، وبعد إعادة الإعمار العددية يجب أن تعدل بشكل جيد لضمان أن الهولوغرام هو إعادة بنائها في الطائرة الصورة. وأخيرا، سوف عينة مع هيكل الحاد أعلى من نصف الطول الموجي لليزر يسبب لا يمكن الاعتماد عليها نتيجة المرحلة. في الواقع، يمكن أن تظهر قفزة مرحلة المقرر أن تخلص أخطاء إزالة التغليف.
وتوضح هذه النتائج قدرة CDHM لأداء 3D قياس عمق الكمي للأجهزة MEMS. في الواقع، على سطح عاكس كما واجهت في ممس والالكترونيات الدقيقة والصناعة، وCDHM هو نظام المحمولة التي يمكن استخدامها لفي القياسات العملية في الموقع وكذلك توصيف وتفتيش أجهزة الميكروسيستم. أظهرت دراسة التحقق من صحة أن النتائج التي حصل عليها النظام هي موثوق بها للغاية. وCDHM تغطي منطقة المسح الضوئي أكبر والقياسات في الوقت الحقيقي لا يمكن أن يؤديها. إنها ميزة كبيرة مقارنة مع غيرها من التقنيات مثل AFM أو متحد البؤر ميكرونسخة التي تتطلب وقتا طويلا المسح. وبالإضافة إلى النتائج المعروضة، يمكن للنظام أن تقدم معلومات ثمينة في عمليات ممس أخرى. على سبيل المثال، لديها قدرة مؤكدة في قياس عمليات سريعة للغاية باستخدام الوقت المتوسط وكثافة الصور لمراقبة وسائط الرنانة في الأجهزة ممس 11. والعمل في المستقبل يركز على التصوير في الوقت الحقيقي التغيير انحراف ناتئ ممس تحت الحمل الكهربائي.
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).
