Summary
Presentamos un sistema holográfico digital de reflexión compacto (CDHM) para la inspección y caracterización de dispositivos MEMS. Un diseño de lente de menor a través de una onda de entrada divergente proporciona magnificación geométrica natural se demostró. Ambos se presentan los estudios estáticos y dinámicos.
Introduction
Metrología de micro y nano objetos es de gran importancia para la industria y los investigadores. De hecho, la miniaturización de los objetos representa un nuevo reto para la metrología óptica. sistemas micro electro mecánicos (MEMS) se definen generalmente ha miniaturizado sistemas electromecánicos y por lo general comprende componentes tales como sensores micro, micro actuadores, la microelectrónica y microestructuras. Se ha encontrado muchas aplicaciones en distintos campos como la biotecnología, la medicina, la comunicación y la detección 1. Recientemente, la complejidad cada vez mayor, así como la progresiva miniaturización de objeto de prueba funciones de llamada para el desarrollo de técnicas de caracterización adecuados para MEMS. Alto rendimiento de fabricación de estos complejos microsistemas requiere la implementación de las técnicas de medición en línea avanzada, para cuantificar parámetros característicos y defectos relacionados causadas por las condiciones de proceso 2. Por ejemplo, la desviación de param geométricaetros en un dispositivo MEMS afecta a las propiedades del sistema y tiene que ser caracterizado. Además, la industria requiere un rendimiento de medición de alta resolución, tales como la metrología completa en tres dimensiones (3D), amplio campo de visión, la nitidez de la imagen, y el análisis en tiempo real. Por lo tanto, es esencial para asegurar un control de calidad y proceso de inspección fiable. Además, se requiere que el sistema de medición para ser fácilmente implementable en una línea de producción y por lo tanto relativamente compacto para ser instalado en las infraestructuras existentes.
La holografía, que se introdujo por primera vez por Gabor 3, es una técnica que permite la recuperación de la información cuantitativa completa de un objeto mediante el registro de la interferencia entre una referencia y una onda del objeto en un medio fotosensible. Durante este proceso conocido como la grabación, la amplitud, fase y polarización de un campo se almacenan en el medio. A continuación, el campo de ondas objeto se puede recuperar enviando el haz de referencia en el meDium, un proceso conocido como de lectura óptica del holograma. Desde un detector convencional sólo se registra la intensidad de la onda, la holografía ha sido un tema de gran interés en los últimos cincuenta años, ya que da acceso a información adicional sobre el campo eléctrico. Sin embargo, varios aspectos de la holografía convencional hacen que sea poco práctico para las aplicaciones industriales. De hecho, los materiales fotosensibles son caros y el proceso de grabación requiere generalmente un alto grado de estabilidad. Los avances en sensores de la cámara de alta resolución, tales como dispositivos de carga acoplada (CCD) han abierto un nuevo enfoque para la metrología digital. Una de esas técnicas se conoce como holografía digital 4. En Digital Holografía (DH), el holograma es grabado en una cámara (soporte de grabación) y los procesos numéricos se utilizan para reconstruir la información de fase y la intensidad. Al igual que con la holografía convencional, el resultado puede ser obtenido después de dos procedimientos principales: la grabación y de reconstrucción como se muestra en Fifigura 1. Sin embargo, si la grabación es similar a la holografía convencional, la reconstrucción es solamente numérica 5. El proceso de reconstrucción numérico se muestra en la Figura 2. Dos procedimientos están involucrados en el proceso de reconstrucción. En primer lugar, el campo de onda del objeto se recupera del holograma. El holograma se multiplica con una onda de referencia numérica para obtener el frente de onda objeto en el plano del holograma. En segundo lugar, el complejo de frente de onda se propaga objeto numéricamente al plano de imagen. En nuestro sistema, este paso se lleva a cabo utilizando el método de convolución 6. El campo reconstruida obtenida es una función compleja y por lo tanto la fase y la intensidad se pueden extraer proporcionar información cuantitativa altura en el objeto de interés. La capacidad de almacenamiento de la información de campo en todo método de la holografía y el uso de la tecnología informática para el procesamiento de datos rápida ofrecen más flexibilidad en la configuración experimental y aumentan significativamente el Speed del proceso experimental, abriendo nuevas posibilidades para el desarrollo de DH como una herramienta dinámica para metrológico MEMS y microsistemas de 7,8.
El uso de la holografía digital en imágenes de contraste de fase está ahora bien establecida y se presentó por primera vez hace más de diez años 9. De hecho, la investigación de dispositivos microscópicos mediante la combinación de la holografía digital y microscopía se ha realizado en muchos estudios de 10, 11, 12, 13. Varios sistemas basados en alta coherencia 14 y baja coherencia 15 fuentes, así como diferentes tipos de geometría 13, 16, 17 (en línea, fuera de eje, camino común ...) se han presentado. Además, en línea de holografía digital se ha utilizado anteriormente en la caracterización de dispositivo MEMS 18, 19. Sin embargo, estos sistemas son generalmente difíciles de implementar y voluminosos, que los hace inadecuados para aplicaciones industriales. En este estudio, se propone un sistema compacto, sencillo y gratuito basado en la lente axi fueras holografía digital con capacidad para la inspección de MEMS en tiempo real y caracterización. El microscopio digital compacta holográfica (CDHM) es una lente holográfica digital de sistema menos desarrollado y patentado para obtener la morfología 3D de objetos especulares tamaño micro. En nuestro sistema, un 10 mW, altamente estable, de temperatura controlada láser de diodo que funciona a 638 nm se acopla en una fibra mono-modo. Como se muestra en la Figura 3, el haz divergente que emana de la fibra se divide en una referencia y un haz de objeto por un divisor de haz. La trayectoria del haz de referencia comprende un espejo inclinado a darse cuenta de la geometría fuera de eje. El haz de objeto es dispersada y reflejada por la muestra. Los dos haces interfieren en el CCD dando el holograma. El patrón de interferencia impresa sobre la imagen se denomina portador espacial y permite la recuperación de la información de fase cuantitativa sólo una imagen con. La reconstrucción numérica se realiza usando una transformada de Fourier común y el algoritmo de convolución como staTed anteriormente. La configuración de lente-menos tiene varias ventajas por lo que es atractivo. Como no se utilizan lentes, el haz de entrada es una onda divergente proporcionando una magnificación geométrica natural y mejorando así la resolución del sistema. Además, es libre de aberraciones encontrados en los sistemas ópticos típicos. Como puede verse en la Figura 3B, el sistema puede hacerse compacto (55x75x125 mm 3), ligero (400 g), y por lo tanto se puede integrar fácilmente en líneas de producción industrial.
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Protocol
1. Preparación preliminar de la Medición
Nota: La muestra utilizada para el experimento es un electrodo de MEMS. Los electrodos de oro se fabrican en una oblea de silicio usando el despegue proceso. La muestra es un joven de 18 mm x 18 mm oblea con estructuras periódicas (electrodos) con 1 mm periodo
- Inicia sesión en el libro de registro antes de utilizar el sistema.
- Encienda la potencia de los ordenadores, sistemas láser y etapa de traducción.
- Coloque la muestra MEMS electrodo / micro-diafragma.
- Colocar la muestra MEMS en el medio de soporte de la muestra utilizando una pinza.
- Ajuste el soporte de muestra para posicionar los electrodos en la trayectoria del haz. El campo de medición máxima de vista se define por el tamaño del sensor de la cámara. Es un rectángulo de 2,3 mm x 1,8 mm.
- El uso de la etapa de dirección vertical motorizado, mover el sistema de aproximativamente 1,5 cm de distancia de la muestra.
2. Software de Configuración de Ajuste
- Abra la 3DVersoftware. 3DVer es nuestro programa interno en desarrollado en C ++.
- Haga clic en el botón fuente de imágenes para seleccionar la cámara adecuada para el experimento. Elija la cámara CCD monocromo. Evitar una cámara de color en esta configuración puesto que se utiliza un láser de diodo monocromática. Además, para el mismo número de píxeles, la resolución sería menor cuando se utilizan cámaras a color.
- En la pestaña de configuración de dispositivos, seleccione Y800 (1280 x 960) y el formato de vídeo de 15 fotogramas por segundo velocidad de vídeo.
- Haga clic en el botón de reproducción de color amarillo para iniciar la cámara. Una imagen del objeto con patrones de franjas impresas (holograma) debería aparecer.
- Ajuste óptimos parámetros de ganancia y de exposición para evitar la saturación de la imagen si es necesario.
- Uso de la ventana de vista de la cámara de vídeo en directo, ajustar la posición de la muestra para seleccionar el área exacta para investigar sobre la muestra.
- pestaña de configuración abierta.
- En la pestaña de configuración, seleccione el tipo de superficie (reflectante o transparente), longitud de onda de laSer, y el tamaño de píxel de la cámara. El láser es un láser de diodo que funciona a 633 nm. El tamaño de los píxeles de la cámara es 4,650 nm. La muestra es un dispositivo MEMS especular electrodo así el modo de reflexión debe ser seleccionado.
Nota: La configuración CDHM permite que sólo las superficies reflectantes a medir. Sin embargo, el software también se puede utilizar para medir muestras transparentes cuando un sistema de holografía digital diferente se utiliza 13. Un cambio en esta configuración se modifica la fórmula de cálculo de la altura de la fase. De hecho, el cálculo de la diferencia de camino óptico es ligeramente diferente para muestras transparentes, ya que incluye el índice de refracción objeto. - Elegir el algoritmo de reconstrucción de convolución y ajustar la distancia de reconstrucción a cero. Elija un paso reconstrucción de 1 o 2.
Nota: El parámetro de distancia de reconstrucción se puede definir más adelante al considerar la imagen de intensidad obtenida a partir del holograma y utilizando el enfoque automático. La etapa de reconstrucción define el número depasos utilizados para implementar la integral de Fresnel y simular la propagación del haz. El primer método de evaluar la integral como una sola vez transformada de Fourier. Un paso de 2 evaluará la integral doble. Esto añade una mayor flexibilidad en el intervalo de la rejilla, pero es computacionalmente menos eficiente 20. - En la pestaña de post-procesamiento, seleccionar el algoritmo de desenvolver necesaria para obtener la imagen sin envolver final. Seleccione la calidad de mapeado algoritmo.
Nota: En el software, la elección entre Goldstein y Calidad asignada algoritmo puede hacerse. Cuanto más tarde ha demostrado fase espacial robusto y rápido desenvolver. El algoritmo de calidad asignada se basa en fase guiada desenvolver como se describe en 21.
- En la pestaña de configuración, seleccione el tipo de superficie (reflectante o transparente), longitud de onda de laSer, y el tamaño de píxel de la cámara. El láser es un láser de diodo que funciona a 633 nm. El tamaño de los píxeles de la cámara es 4,650 nm. La muestra es un dispositivo MEMS especular electrodo así el modo de reflexión debe ser seleccionado.
3. Adquisición de Datos
- Pulse el icono de Fourier para abrir la ventana del espectro de transformadas de Fourier. Una orden 0 y dos +1, -1 órdenes deben aparecer. Si este no es el caso, compruebe que la muestra está en la posición correcta, y ajustar obtener unad tiempo de exposición de nuevo.
- Detener el modo de medición en vivo. Seleccione uno de los órdenes difractados (frecuencia positiva o negativa) con la función de filtro. El área seleccionada debe ser lo suficientemente grande como para que todas las frecuencias necesarias para la recuperación de fase están presentes. Conmutar del modo de vivir de nuevo.
Nota: La elección del orden negativo se acaba de afectar la señal de la fase en el resultado final, es decir, se invierte la imagen en 3D final. - Abra la ventana de fase. Compruebe que el modo de envolver no está activado. Imagen fase gris del objeto impreso con franjas envueltos debería aparecer.
- Utilizar la etapa verticales motorizado para reducir el número de franjas de la imagen de la fase en. Cuando sólo 1 o 2 franjas se dejan en la imagen, detenga la platina motorizada.
Nota: El sistema se basa en la interferometría. Por lo tanto, es sensible a las vibraciones. Después de mover el escenario z dirección motorizada, el usuario debe esperar 1 o 2 segundos antes de que la imagen aparece envuelta fase againorte. También es importante para evitar vibraciones durante la medición para obtener una imagen de fase estable. - Haga clic en el botón de enfoque automático 22 para encontrar la mejor distancia de reconstrucción. Uno puede necesitar utilizar el enfoque automático varias veces para acercarse a la distancia óptima de reconstrucción hasta que la imagen de intensidad aparece nítida y clara. El enfoque automático se basa en un método de espectro angular efectiva y eficiente el tiempo como se describe en el 22.
Nota: La barra de selección de enfoque se puede utilizar para un ajuste fino. A continuación, haga clic en el botón de enfoque central para registrar la distancia actual reconstrucción. A veces parece que el mejor enfoque no se encontró con la opción de enfoque automático. En este caso, introducir manualmente reconstrucción distancia para encontrar el mejor enfoque. - Activar el modo de envolver para ver la imagen de fase desenvuelta haciendo clic en el botón de desenrollado.
4. La visualización y análisis de datos para la medición estática
- Abra la ventana de la imagen 3D para ver el final de 3Dimagen de la muestra. Utilice las opciones disponibles para observar el resultado final (rotar, mapa de color, escala de visualización ...).
- Haga clic en el botón de ventanas en mosaico para organizar las ventanas como no se solapan y mostrar todas las ventanas mediciones.
- Utilice la regla de línea para dibujar una línea en un área de interés la imagen de fase desenvuelta sucesivamente. En la ventana de diagrama de puntos, se puede observar un gráfico de perfil en sección transversal del área de interés. Use los dos marcadores de línea verde para extraer una altura aproximada del objeto (Figura 5).
Rugosidad de la superficie también se puede obtener en la parte superior plana de la muestra. - Guarda la imagen de fase final en formato JPEG para importarlo a otro software si es necesario.
5. Preparación de la muestra y análisis de datos para medición dinámica
- Coloque el diafragma en una placa de micro estación de calentamiento. La muestra no se retiró de la placa hasta que termina el experimento.
- Grabar un holograma del micro diafragma a temperatura ambiente siguiendo el procedimiento descrito anteriormente en la Sección 2 y 3. Se puede utilizar como una referencia para el análisis de la deformación.
- Guardar los datos de fase en el equipo.
- Encienda la placa de calentamiento de laboratorio.
- Mediante el mando de la temperatura, variar la temperatura en pasos de 50 ° C de 50 ° C a 300 ° C. Para cada paso de temperatura, guardar la imagen del mapa de fase en formato JPEG.
- Restar el mapa de fase la temperatura ambiente inicial de la otra fase mapa grabado para obtener los datos de deformación.
Nota: Este paso de post-procesamiento se puede realizar con código MATLAB sencilla. Las diferentes fases obtenidas se cargan en MATLAB y se realiza la resta sencilla matriz. Entonces parcelas de sección transversal de las diferentes etapas de deformación se pueden obtener.
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Representative Results
El protocolo descrito anteriormente fue diseñado para inspeccionar y caracterizar MEMS y los dispositivos que utilizan el sistema Micro CDHM. En nuestro sistema, una fibra mono-modo está acoplada a un láser de diodo que funciona a una longitud de onda de 633 nm. Debido a la configuración haz divergente, es importante para que coincida con el haz objeto y el camino del haz de referencia con el fin de obtener un holograma que puede ser reconstruido. Esto se logra mediante la colocación vertical cuidado de la muestra con respecto al sistema. En la imagen de fase envuelta calculado, el número de franjas se reduce al mínimo mediante el cambio de la posición de altura del sistema. Se asegura de que las trayectorias ópticas se hacen coincidir. La Figura 4 muestra el resultado obtenido a partir de una medición con la CDHM después de la colocación axial adecuada de la muestra. se obtienen los datos en tiempo real a partir de una sola imagen. En este experimento, un objetivo de la USAF que consiste en los patrones de rejilla de diferentes períodos máximos y se elige como muestra.Como se explicó anteriormente, el mapa de fase (figura 4A) se extrae de la única holograma imagen. Un gráfico de línea de un patrón particular se muestra en la Figura 4A. La línea amarilla (Figura 4A) representa la ubicación de la sección transversal de la muestra. Dos líneas de marcador verde se utilizan para estimar el valor absoluto de la altura de la muestra. Con el fin de validar los resultados del sistema de holográfica digital, una investigación de microscopio de fuerza atómica (AFM) de la muestra se lleva a cabo. Una sección transversal de la misma área de la muestra se muestra en la Figura 4B. Por la misma estructura, una diferencia de altura de 2,1 nm se encuentra entre el AFM y la medición CDHM. Por lo tanto, la comparación entre los dos métodos demuestra la capacidad de la CDHM.
Para caracterizar específicamente un dispositivo MEMS, 3D investigación estática de un electrodo de MEMS se lleva a cabo. El dispositivo está hecho de silicio con electrodos de oro Pattpendientes regidas mediante un proceso de despegue. En general, los MEMS basados en silicio se fabrican utilizando métodos sensibles como el grabado o despegan proceso. En ambos casos, la capacidad de cuantificar el cambio de la morfología de la muestra durante el proceso de fabricación es de gran importancia. Figura 5 muestra el resultado de la medición para esta muestra. se puede observar la morfología 3D completa de la muestra. Una línea de sección transversal (Figura 5A) gráfico muestra el mapa de profundidad que se puede utilizar para la inspección. La profundidad del canal se encontró que 632 nm y la distancia lateral entre los electrodos también es proporcionada por el CDH demostrando que es capaz de proporcionar un análisis cuantitativo 3D completa de la muestra. Una parcela en la otra dimensión (Figura 5B) muestra la rugosidad de la superficie del electrodo demostrando que la CDHM también es adecuado para mediciones de rugosidad.
aplicaciones estáticas en la caracterización de MEMS son de gvalor randes pero la mayoría de los procesos interesantes requiere la inspección dinámica. Al seleccionar los métodos de grabación adecuados, el sistema CDHM es capaz de dispositivos de inspección y caracterización micro para ambas situaciones estáticas y dinámicas. La figura 6 muestra una serie de datos 3D de un diafragma micro obtenida a diferentes temperaturas. El diafragma se fabricó por unión de una placa delgada sobre una SOI (silicio sobre aislante) muestra de oblea. La muestra se coloca en una placa calefactora. Con el fin de medir la deformación térmica, la temperatura se varía en 50 ° C pasos desde 50 ° C y hasta 300 ° C. La reconstrucción numérica de los hologramas se realiza para cada temperatura. El holograma y la fase a la temperatura ambiente se había registrado previamente. Se utiliza como una fase de referencia. La resta de la estado deformado (carga térmica) y el estado de referencia (temperatura ambiente) da los mapas de deformación. Así, un análisis de campo completo de la deformación térmica de la d se obtiene iaphragm. Figura 6G destaca la deformación para las diferentes temperaturas. En este caso, los gráficos de líneas revelan que la medición muestran la rugosidad significativa en comparación con los resultados obtenidos durante las mediciones estáticas.
Figura 1. grabación de la holografía digital y el esquema de proceso de reconstrucción. Esta figura muestra los detalles del proceso de dos pasos para obtener la imagen tridimensional de un objeto. Se muestra una caricatura del proceso de grabación y el holograma resultante. Desde el holograma, amplitud y fase (módulo 2π) del objeto se extraen. La fase se desenvuelve para eliminar la ambigüedad 2π. A continuación se realiza la reconstrucción 3D. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Esquema detallado del proceso de reconstrucción. Esta figura muestra un esquema del sistema de proceso de reconstrucción. El holograma digital se registra y de la Transformada Rápida de Fourier (FFT) se lleva a cabo de la imagen. Después de seleccionar información útil en el espectro, la imagen se Fourier transforma de nuevo. A continuación, la generación numérica de haz de referencia y la propagación del holograma se simula para recuperar la fase y la amplitud del objeto de forma independiente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Esquema de la configuración CDHM. Esta figura muestra una representación esquemática de la configuración CDHM (
Figura 4. Comparación entre CDHM y microscopio de fuerza atómica (AFM) medición de la altura de un blanco de la fuerza aérea de Estados Unidos. Esta figura muestra los gráficos de líneas de un objetivo de la fuerza aérea de Estados Unidos microestructura obtenida usando el CDHM (A) y un microscopio de fuerza atómica (AFM ) (B). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura perfil y trama 5. 3D de un MEMS EL ectrode dispositivos. Los resultados de medición de un dispositivo de electrodo de MEMS de silicio usando el CDHM. La representación lineal con marcadores verdes utilizados para estimar la profundidad de la muestra en una sección transversal particular, en la dirección x (A) y la dirección y (B) y la imagen de campo que indican que la consecuencia 3D (C). Haga clic aquí para ver una más grande versión de esta figura.
Figura 6. Estudio de la deformación de un diafragma micro bajo carga térmica. Las imágenes muestran imágenes 3D de deformación de un diafragma micro bajo carga variable térmica (AF) y la trama de líneas que muestra la evolución de la deformación a una sección transversal en particular (G).t = "_ blank"> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
En esta revisión, proporcionamos un protocolo para recuperar con precisión la morfología cuantitativa de diferentes dispositivos MEMS mediante el uso de un sistema compacto depender de la holografía digital. caracterización MEMS en modo estático y dinámico se demuestra. Se obtienen datos 3D cuantitativos de un MEMS micro canales. Con el fin de validar la precisión del sistema, los resultados se han comparado entre el CDHM y la AFM. Buen acuerdo se encuentra lo que significa que la holografía digital puede ser una técnica fiable para obtener imágenes 3D. Los resultados indican que el sistema es capaz de resolución de profundidad 10 nm. Además, los resultados obtenidos en el canal de micro muestran que el sistema puede ser utilizado en la caracterización de MEMS como la morfología de la muestra puede ser controlado durante el proceso de fabricación MEMS. Además, la ampliación obtenida mediante el CDHM corresponde a lo que se debe utilizar para el tamaño de MEMS (4,2x). El sistema también es capaz de medición de campo completo. Esto es una ventaja considerable cuando se compare a las técnicas utilizadas normalmente para la inspección MEMS como la microscopía confocal, que requieren la medición de barrido de largo. Además, la resolución lateral del sistema puede ser fácilmente mejorar cambiando el láser de diodo rojo a un láser UV. Por último, la alta sensibilidad del sistema permite mediciones de rugosidad.
medición dinámica sobre una membrana micro revela que el CDHM es un instrumento adecuado para observar la deformación en los dispositivos MEMS cuando se aplica la carga térmica o eléctrica. El uso de un método de exposición doble para construir el mapa de deformación, se realiza estudio deformación dinámica de un diafragma micro. Uno puede ver que la forma de diafragma puede ser observado cuidadosamente en tiempo real. Este resultado es posible gracias a la morfología 3D se calcula utilizando una sola imagen. Sin embargo a diferencia de lo que se observó durante las mediciones estáticas, medición dinámica se utiliza la carga térmica muestra un perfil anormal en bruto. De hecho, se podría considerar la trama shcompra en la Figura 6G como áspero en comparación con los resultados de las mediciones estáticas. A medida que el sistema puede resolver la estructura tan pequeña como 10 nm, no parece que la rugosidad que puede venir desde el objeto. Una posible explicación puede ser que el calor generado por la etapa de calentamiento perturba las interferencias entre las dos ondas y afecta el frente de onda de la onda objeto. Además, los estudios dinámicos se han realizado utilizando la CDHM en MEMS que utilizan carga eléctrica 12 y esta rugosidad no parece que aparece.
El protocolo contiene varios pasos críticos, tales como el posicionamiento de la muestra vertical, la elección de la distancia de reconstrucción, el método de reconstrucción, un entorno libre de vibraciones y la calidad de las franjas en el CCD. Para garantizar un resultado fiable y estable, todos estos pasos deben realizarse con cuidado. Por ejemplo, la trayectoria del haz objeto necesita ser el mismo que el de referencia, por ejemplo, la distancia de muestra al sistema es críticapara obtener patrones de franjas claras sobre el CCD. Además, la distancia reconstrucción numérico debe estar bien ajustado para asegurar que el holograma es reconstruida en el plano de la imagen. Por último, una muestra con estructura agudo superior de la mitad de la longitud de onda del rayo láser causa un resultado de fase poco fiable. En efecto, un salto de fase podría aparecer debido a errores de fase de desenvolvimiento.
Estos resultados ilustran la capacidad de la CDHM para realizar mediciones de profundidad en 3D cuantitativa de los dispositivos MEMS. De hecho, para la superficie reflectante como se encontró en MEMS y la microelectrónica industria, la CDHM es un sistema portátil que se puede utilizar en las mediciones de proceso in situ, así como la caracterización y la inspección de los dispositivos de microsistemas. Un estudio de validación muestra que los resultados obtenidos por el sistema son muy fiables. El CDHM cubre un área de escaneo más grande y mediciones en tiempo real se puede realizar. Es una gran ventaja en comparación con otras técnicas tales como AFM o confocal microscopia que requiere mucho tiempo de exploración. Además de los resultados presentados, el sistema puede dar información valiosa en otros procesos MEMS. Por ejemplo, tiene una capacidad probada en la medición de procesos muy rápidos utilizando el promedio de tiempo y la intensidad de imágenes para observar los modos resonantes en dispositivos MEMS 11. El trabajo futuro se centrará en la formación de imágenes en tiempo real el cambio de deflexión del cantilever MEMS bajo carga eléctrica.
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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).
