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有電子零件的小型化和薄型化一直是當(dāng)今時代的趨勢,。然而,，納米科學(xué)和納米技術(shù)在 60 年代仍然是科幻小說,，1974 年shou次使用納米技術(shù)這個詞,。同時,，原子力顯微鏡 (AFM) 和掃描聲學(xué)顯微鏡 (SAM) 被開發(fā)出來,。今天,，納米技術(shù)代表著巨大的投資——甚至來自政府——以及價值數(shù)千億歐元的市場,。
納米尺度的無損檢測是這里的目的。超聲波廣泛用于航空工業(yè)或醫(yī)學(xué)超聲檢查,。在這種情況下達到的空間分辨率大約是毫米,，當(dāng)我們談到納米技術(shù)時，這已經(jīng)是一百萬倍了,。
SAM 系統(tǒng)得益于 MHz/GHz 超聲波的更高清晰度,，市場上發(fā)現(xiàn)的小軸向分辨率低于微米。
納米還需要再低 2 到 3 個數(shù)量級,，這要歸功于太赫茲超聲波,。這些頻率不能用標(biāo)準(zhǔn)傳感器產(chǎn)生，這就是 異步光學(xué)采樣 (ASOPS) 系統(tǒng)配備超快激光器的原因,。
ASOPS 成像系統(tǒng)/ 異步光采樣成像系統(tǒng)-neta Jax是市面不多的工業(yè)成像 ASOPS 系統(tǒng),。
ASOPS 成像系統(tǒng)/ 異步光采樣成像系統(tǒng)-neta Jax產(chǎn)品原理：
當(dāng)激光擊中表面時，大部分能量被外層原子吸收并轉(zhuǎn)化為熱量而不會損壞樣品（圖 2）,，從而導(dǎo)致瞬態(tài)熱彈性膨脹和超聲波發(fā)射,。探頭的選擇對于保持時間和空間分辨率盡可能低也很重要，這就是為什么使用另一種超快激光器作為探頭的原因（圖 3）
超聲波通過薄膜以每皮秒幾納米的速度傳播,，并且在遇到不同介質(zhì)時會部分或wan全反彈回表面,。
探測激光聚焦在表面，當(dāng)超聲波回?fù)舯砻鏁r,，反射率會隨著時間局部波動,。檢測反射率的變化并將其作為原始數(shù)據(jù)存儲到計算機中。該技術(shù)通常被稱為皮秒超聲波,，它是由 Humphrey Maris 在 80 年代中期在美國布朗大學(xué)開發(fā)的,。
很多技術(shù)能夠能夠執(zhí)行皮秒超聲波的技術(shù)，但異步光采樣是新的發(fā)展,，也是執(zhí)行完整測量快速的技術(shù),。這里的訣竅是與泵的頻率相比,，探針激光的頻率略微偏移（圖 4）。兩個激光器由一個單獨的電子單元同步,。探頭在泵后稍稍到達,，這種延遲會隨著時間的推移而延長，直到整個采樣結(jié)束,。
薄膜對泵激發(fā)的彈性響應(yīng)太快而無法實時測量,。您必須人為地延長時間并重建探頭的信號。
上述措施是針對一個點的,。使用能夠執(zhí)行皮秒超聲波的更標(biāo)準(zhǔn)的儀器,，這將需要幾分鐘。在 ASOPS 中,，測量時間不到一秒鐘,。這意味著通過簡單地逐點掃描整個表面（圖 5），您將在幾分鐘內(nèi)獲得所研究機械參數(shù)的完整地圖,。
厚度測量
例如,，如果您對薄膜的厚度感興趣，您可以通過測量樣品表面超聲兩次回波之間的時間輕松檢索準(zhǔn)確值（圖 6）,。
直到近期,，進行這些測量所需的設(shè)置是在一個光學(xué)實驗室中發(fā)現(xiàn)的，該實驗室有一個裝滿鏡子和透鏡的大型蜂窩狀桌子,。盡管結(jié)果可觀,，但安裝時間和可重復(fù)性通常是主要問題。
希望該技術(shù)現(xiàn)在可供那些只想專注于測量樣品的機械性能而不是照顧所有光學(xué)部件的非專業(yè)人士使用,。這種創(chuàng)新和復(fù)雜設(shè)備的工業(yè)化使人們可以輕松訪問新信息,。
由于準(zhǔn)時測量需要幾毫秒，因此可以輕松地測量整個樣品表面并獲得完整的厚度映射,。
在下面的示例中（圖 7）,，樣品由 500 µm 硅襯底和 255 nm 濺射鎢單層組成。掃描表面約為 1.6 mm x 1.6 mm,，XY 方向的橫向分辨率為 50 µm,，總共 999 個點。
表面上突出顯示了一個大劃痕,，但平均厚度仍保持在 250 nm 范圍內(nèi),。測量總時間不到 10 分鐘，可與使用一個激光和機械延遲線（零差系統(tǒng)）的單點測量相媲美,。
到目前為止,，生產(chǎn)管理行業(yè)的產(chǎn)品只是零差儀器執(zhí)行皮秒超聲波測量，將表面的全掃描減少到僅在整個晶圓上檢查的極少數(shù)點。
我們剛剛看到單層薄膜厚度測量非常簡單,。如果您要處理多個層,，則原始數(shù)據(jù)的讀取要復(fù)雜得多。但是,，可以對樣本進行建模,，并將模擬信號與實際測量值進行比較，并具有令人難以置信的擬合度,。
ASOPS 成像系統(tǒng)/ 異步光采樣成像系統(tǒng)-neta Jax產(chǎn)品特點：
系統(tǒng)使用獲得zuanli的光聲技術(shù)設(shè)計無損測量系統(tǒng),。
源自 CNRS 和波爾多大學(xué)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，它依靠激光,、材料和聲波之間的相互作用實驗超精密材料物性,，薄膜厚度檢測
系統(tǒng)使用無接觸，無損光學(xué)測量,。運用激光產(chǎn)生100GHz以上超高頻段超聲波，以此檢測獲得材料諸如厚度,，附著力,，界面熱阻，熱導(dǎo)率等,。
產(chǎn)品尤其適測量從幾納米到幾微米的薄層,，無論是不透明的（金屬、金屬氧化物和陶瓷）,，還是半透明和透明的,。 這種全光學(xué)無損檢測技術(shù)（without contact, no damage, no water, no Xray）不受樣品形狀的影響。
產(chǎn)品適用精度可以達 1nm to 30 microns , Z軸分辨率為亞納米
于此同時,，系統(tǒng)提供附著力,、熱性能（納米結(jié)構(gòu)界面熱阻）測量分析
ASOPS 成像系統(tǒng)/ 異步光采樣成像系統(tǒng)-neta Jax產(chǎn)品應(yīng)用：
多物理場
當(dāng)你和幾位薄膜專家liao天時，他們都會統(tǒng)一告訴你：
厚度是一個關(guān)鍵參數(shù)
粘連始終是個問題
無損測量是一個很好的改進
越快越好
成像很棒
在行業(yè)中,，無論您是在顯示器領(lǐng)域還是在半導(dǎo)體領(lǐng)域工作,，厚度和附著力都是制造過程中所有步驟的主要關(guān)注點。皮秒超聲波技術(shù)已經(jīng)用于晶圓檢測,，這表明其成熟度和保密性,。
附著力測量的標(biāo)準(zhǔn)程序僅適用于扁平和大型樣品，它們具有破壞性,。對于 3D 樣品,，如果您想檢查非常小的表面上的附著力，激光是解決方案?，F(xiàn)在可以在制造過程的每個步驟中在線驗證整個樣品的附著力,。
現(xiàn)在學(xué)術(shù)界有不同的關(guān)注點，對原子尺度物質(zhì)行為的理解也越來越深入。
ASOPS 系統(tǒng)可以超越皮秒超聲波——如果我們堅持厚度和附著力,，它已經(jīng)是一個很好的信息來源——并且可以從原始數(shù)據(jù)中獲得更多信息,，例如熱信息或關(guān)鍵機械參數(shù)。
導(dǎo)熱系數(shù)
導(dǎo)熱系數(shù)是表示材料導(dǎo)熱能力的參數(shù),。
薄膜,、超晶格、石墨烯和所有相關(guān)材料在晶體管,、存儲器,、光電器件、MEMS,、光伏等應(yīng)用中具有廣泛的技術(shù)意義,。在許多這些應(yīng)用中，熱性能是一個關(guān)鍵的考慮因素,，促使人們努力測量這些薄膜的熱導(dǎo)率,。薄膜材料的熱導(dǎo)率通常小于其大塊材料的熱導(dǎo)率，有時甚至非常顯著,。
與塊狀單晶相比,，許多薄膜含有更多的雜質(zhì)，這往往會降低熱導(dǎo)率,。此外,，由于聲子泄漏或相關(guān)相互作用，即使是原子級wan美的薄膜也有望降低熱導(dǎo)率,。
使用脈沖激光是測量薄材料熱導(dǎo)率的眾多可能性之一,。時域熱反射率 (TDTR) 是一種可以測量材料熱性能的方法。它甚至更適用于薄膜材料,，與散裝的相同材料相比,，薄膜材料的性能差異很大。
激光引起的溫度升高可以寫成：
其中 R 是樣品反射率,，
Q是光脈沖能量,，
C是單位體積的比熱，
A是光斑面積,，
ζ是光吸收長度,，
z 是進入樣本的距離
光電探測器測得的電壓與R的變化成正比，由此可以推導(dǎo)出熱導(dǎo)率,。
在某些配置中,，將探針射在樣品底部（圖 8）或反之亦然，以便從樣品的一側(cè)或另一側(cè)獲得更準(zhǔn)確的信號,，這可能很有用,。
表面聲波測量
當(dāng)泵浦激光撞擊表面時,，產(chǎn)生的超聲波實際上是由兩種不同的波模式組成的，一種在本體中傳播,，稱為縱向（見圖 2）,，另一種沿表面?zhèn)鞑ィQ為瑞利模式,。
在工業(yè)中,，表面聲波 (SAW) 的檢測用于檢測和表征裂紋。
表面波對表面涂層的存在和特性非常敏感,，即使它們比波的穿透深度薄得多,。
楊氏模量可以通過測量表面波的速度來確定。
表面波在均勻各向同性介質(zhì)中的傳播速度 c 與：
楊氏模量 E,，
泊松比 ,
密度
由以下近似關(guān)系
當(dāng)使用工業(yè) ASOPS 系統(tǒng)對 SAW 進行測量和成像時,，泵浦激光器是固定的（圖 8）并且總是擊中同一個點。由于儀器中安裝了掃描儀,，探頭正在測量泵浦激光器周圍的信號,。
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