ASOPS 成像系统/异步光采样成像系统

有电子零件的小型化和薄型化一直是当今时代的趋势。然而，纳米科学和纳米技术在 60 年代仍然是科幻小说，1974 年shou次使用纳米技术这个词。同时，原子力显微镜 (AFM) 和扫描声学显微镜 (SAM) 被开发出来。今天，纳米技术代表着巨大的投资——甚至来自政府——以及价值数千亿欧元的市场。

纳米尺度的无损检测是这里的目的。超声波广泛用于航空工业或医学超声检查。在这种情况下达到的空间分辨率大约是毫米，当我们谈到纳米技术时，这已经是一百万倍了。

SAM 系统得益于 MHz/GHz 超声波的更高清晰度，市场上发现的小轴向分辨率低于微米。

纳米还需要再低 2 到 3 个数量级，这要归功于太赫兹超声波。这些频率不能用标准传感器产生，这就是 异步光学采样 (ASOPS) 系统配备超快激光器的原因。

ASOPS 成像系统/ 异步光采样成像系统-neta Jax是市面不多的工业成像 ASOPS 系统。

ASOPS 成像系统/ 异步光采样成像系统-neta Jax产品原理：

当激光击中表面时，大部分能量被外层原子吸收并转化为热量而不会损坏样品（图 2），从而导致瞬态热弹性膨胀和超声波发射。探头的选择对于保持时间和空间分辨率尽可能低也很重要，这就是为什么使用另一种超快激光器作为探头的原因（图 3）

超声波通过薄膜以每皮秒几纳米的速度传播，并且在遇到不同介质时会部分或wan全反弹回表面。

探测激光聚焦在表面，当超声波回击表面时，反射率会随着时间局部波动。检测反射率的变化并将其作为原始数据存储到计算机中。该技术通常被称为皮秒超声波，它是由 Humphrey Maris 在 80 年代中期在美国布朗大学开发的。

很多技术能够能够执行皮秒超声波的技术，但异步光采样是新的发展，也是执行完整测量快速的技术。这里的诀窍是与泵的频率相比，探针激光的频率略微偏移（图 4）。两个激光器由一个单独的电子单元同步。探头在泵后稍稍到达，这种延迟会随着时间的推移而延长，直到整个采样结束。

薄膜对泵激发的弹性响应太快而无法实时测量。您必须人为地延长时间并重建探头的信号。

上述措施是针对一个点的。使用能够执行皮秒超声波的更标准的仪器，这将需要几分钟。在 ASOPS 中，测量时间不到一秒钟。这意味着通过简单地逐点扫描整个表面（图 5），您将在几分钟内获得所研究机械参数的完整地图。

厚度测量

例如，如果您对薄膜的厚度感兴趣，您可以通过测量样品表面超声两次回波之间的时间轻松检索准确值（图 6）。

直到近期，进行这些测量所需的设置是在一个光学实验室中发现的，该实验室有一个装满镜子和透镜的大型蜂窝状桌子。尽管结果可观，但安装时间和可重复性通常是主要问题。

希望该技术现在可供那些只想专注于测量样品的机械性能而不是照顾所有光学部件的非专业人士使用。这种创新和复杂设备的工业化使人们可以轻松访问新信息。

由于准时测量需要几毫秒，因此可以轻松地测量整个样品表面并获得完整的厚度映射。

在下面的示例中（图 7），样品由 500 µm 硅衬底和 255 nm 溅射钨单层组成。扫描表面约为 1.6 mm x 1.6 mm，XY 方向的横向分辨率为 50 µm，总共 999 个点。

ASOPS 成像系统/ 异步光采样成像系统-neta Jax系统图片

表面上突出显示了一个大划痕，但平均厚度仍保持在 250 nm 范围内。测量总时间不到 10 分钟，可与使用一个激光和机械延迟线（零差系统）的单点测量相媲美。

到目前为止，生产管理行业的产品只是零差仪器执行皮秒超声波测量，将表面的全扫描减少到仅在整个晶圆上检查的极少数点。

我们刚刚看到单层薄膜厚度测量非常简单。如果您要处理多个层，则原始数据的读取要复杂得多。但是，可以对样本进行建模，并将模拟信号与实际测量值进行比较，并具有令人难以置信的拟合度。

ASOPS 成像系统/ 异步光采样成像系统-neta Jax产品特点：

系统使用获得zuanli的光声技术设计无损测量系统。

源自 CNRS 和波尔多大学的技术转让，它依靠激光、材料和声波之间的相互作用实验超精密材料物性，薄膜厚度检测

系统使用无接触，无损光学测量。运用激光产生100GHz以上超高频段超声波，以此检测获得材料诸如厚度，附着力，界面热阻，热导率等。

产品尤其适测量从几纳米到几微米的薄层，无论是不透明的（金属、金属氧化物和陶瓷），还是半透明和透明的。 这种全光学无损检测技术（without contact, no damage, no water, no Xray）不受样品形状的影响。

产品适用精度可以达 1nm to 30 microns , Z轴分辨率为亚纳米

于此同时，系统提供附着力、热性能（纳米结构界面热阻）测量分析

ASOPS 成像系统/ 异步光采样成像系统-neta Jax产品应用：

多物理场

当你和几位薄膜专家liao天时，他们都会统一告诉你：

• 厚度是一个关键参数

• 粘连始终是个问题

• 无损测量是一个很好的改进

• 越快越好

• 成像很棒

在行业中，无论您是在显示器领域还是在半导体领域工作，厚度和附着力都是制造过程中所有步骤的主要关注点。皮秒超声波技术已经用于晶圆检测，这表明其成熟度和保密性。

附着力测量的标准程序仅适用于扁平和大型样品，它们具有破坏性。对于 3D 样品，如果您想检查非常小的表面上的附着力，激光是解决方案。现在可以在制造过程的每个步骤中在线验证整个样品的附着力。

现在学术界有不同的关注点，对原子尺度物质行为的理解也越来越深入。

ASOPS 系统可以超越皮秒超声波——如果我们坚持厚度和附着力，它已经是一个很好的信息来源——并且可以从原始数据中获得更多信息，例如热信息或关键机械参数。

导热系数

导热系数是表示材料导热能力的参数。

薄膜、超晶格、石墨烯和所有相关材料在晶体管、存储器、光电器件、MEMS、光伏等应用中具有广泛的技术意义。在许多这些应用中，热性能是一个关键的考虑因素，促使人们努力测量这些薄膜的热导率。薄膜材料的热导率通常小于其大块材料的热导率，有时甚至非常显着。

与块状单晶相比，许多薄膜含有更多的杂质，这往往会降低热导率。此外，由于声子泄漏或相关相互作用，即使是原子级wan美的薄膜也有望降低热导率。

使用脉冲激光是测量薄材料热导率的众多可能性之一。时域热反射率 (TDTR) 是一种可以测量材料热性能的方法。它甚至更适用于薄膜材料，与散装的相同材料相比，薄膜材料的性能差异很大。

激光引起的温度升高可以写成：

其中 R 是样品反射率，

Q是光脉冲能量，

C是单位体积的比热，

A是光斑面积，

ζ是光吸收长度，

z 是进入样本的距离

光电探测器测得的电压与R的变化成正比，由此可以推导出热导率。

在某些配置中，将探针射在样品底部（图 8）或反之亦然，以便从样品的一侧或另一侧获得更准确的信号，这可能很有用。

表面声波测量

当泵浦激光撞击表面时，产生的超声波实际上是由两种不同的波模式组成的，一种在本体中传播，称为纵向（见图 2），另一种沿表面传播，称为瑞利模式。

在工业中，表面声波 (SAW) 的检测用于检测和表征裂纹。

表面波对表面涂层的存在和特性非常敏感，即使它们比波的穿透深度薄得多。

杨氏模量可以通过测量表面波的速度来确定。

表面波在均匀各向同性介质中的传播速度 c 与：

• 杨氏模量 E，

• 泊松比 ,

• 密度

由以下近似关系

当使用工业 ASOPS 系统对 SAW 进行测量和成像时，泵浦激光器是固定的（图 8）并且总是击中同一个点。由于仪器中安装了扫描仪，探头正在测量泵浦激光器周围的信号。

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