1、掃描聲學顯微鏡掃描聲學顯微鏡組員：應物三班326 303 3051;.21、顯微鏡種類引見2、掃描聲學顯微鏡的原理3、掃描聲學顯微鏡的性能及在資料科學中的運用;.顯微鏡有很多種類，大致有：顯微鏡有很多種類，大致有：透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡(TEM)掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM)場離子顯微鏡場離子顯微鏡(FIM)高壓電子顯微鏡高壓電子顯微鏡(HVEM)分析電子顯微鏡分析電子顯微鏡(AEM)場發射電子顯微鏡場發射電子顯微鏡(FEEM)聲學顯微鏡聲學顯微鏡(AM)掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡(STM)原子力顯微鏡原子力顯微鏡(AFM) 3;.超高壓電子顯微鏡 主要用途： 觀測資料、礦物、

2、生物樣品、器件透射電子顯微象及電子衍射圖，對樣品微觀組織、構造、缺陷等定性、定量分析。 可對樣品在加熱、拉伸、電子輻照等條件下微觀組織的變化過程進展動態觀測。 儀器類別： 03040701 /儀器儀表 /光學儀器 /電子光學及離子光學儀器 /透射式電子顯微鏡 目的信息： 加速電壓：1000kV 放大倍數：150倍30萬倍晶格分辨率：0.27nm 選區衍射相機長：26m 試樣可加熱溫度：1000 附件信息： 加熱臺室溫-1000，拉伸臺加伸臺室溫-1000，動態過程攝象錄象系統。雙傾臺45該儀器是我國最大型的透射電子顯微鏡，它主要用于各種資料的微構造分析，組織特征和相鑒定，缺陷研討等。與普通電子

3、顯微鏡相比較，它可以進展微觀過程的動態實驗察看、輻照效應研討、厚試樣和粗大析出物的察看分析以及半導體微器件構造研討。同時，本實驗室樣品制備、數據結果處置等附屬設備齊全，為科研實驗發明了良好條件。4;.透射電子顯微鏡JEM-2021F透射電鏡在光學顯微鏡下無法看清小于0.2m的細微構造，這些構造稱為亞顯微構造或超微構造。要想看清這些構造，就必需選擇波長更短的光源，以提高顯微鏡的分辨率。1932年Ruska發明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡，電子束的波長要比可見光和紫外光短得多，并且電子束的波長與發射電子束的電壓平方根成反比，也就是說電壓越高波長越短。目前TEM的分辨力可達0.2nm。5;.掃描

4、電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡的制造是根據電子與物質的相互作用。當一束高能的入射電子轟擊物質外表時，掃描電子顯微鏡的制造是根據電子與物質的相互作用。當一束高能的入射電子轟擊物質外表時，被激發的區域將產生二次電子、俄歇電子、特征被激發的區域將產生二次電子、俄歇電子、特征x射線和延續譜射線和延續譜X射線、背散射電子、透射電子，以射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區域產生的電磁輻射。同時，也可產生電子及在可見、紫外、紅外光區域產生的電磁輻射。同時，也可產生電子-空穴對、晶格振動空穴對、晶格振動 聲子、聲子、電子振蕩電子振蕩 等離子體。原那么上講，利用電子和物質的相互作用，可以獲取被測樣

5、品本身的各種等離子體。原那么上講，利用電子和物質的相互作用，可以獲取被測樣品本身的各種物理、化學性質的信息，如形貌、組成、晶體構造、電子構造和內部電場或磁場物理、化學性質的信息，如形貌、組成、晶體構造、電子構造和內部電場或磁場6;.場離子顯微鏡場離子顯微鏡是最早到達原子分辨率，也就是最早能看得到原子尺度的顯微鏡。只是場離子顯微鏡是最早到達原子分辨率，也就是最早能看得到原子尺度的顯微鏡。只是要用要用FIM看像，樣品得先處置成針狀，針的末端曲率半徑約在埃。義務時首先將容器抽看像，樣品得先處置成針狀，針的末端曲率半徑約在埃。義務時首先將容器抽到到1.3310-6Pa的真空度，然后通入壓力約的真空度，

6、然后通入壓力約1.3310-1Pa的成像氣體例如惰性氣體氦。在的成像氣體例如惰性氣體氦。在樣品加上足夠高的電壓時，氣體原子發生極化和電離，熒光屏上即可顯示尖端表層原子樣品加上足夠高的電壓時，氣體原子發生極化和電離，熒光屏上即可顯示尖端表層原子的明晰圖像，圖象中每一個亮點都是單個原子的像。的明晰圖像，圖象中每一個亮點都是單個原子的像。超聲掃描顯微鏡超聲掃描顯微鏡 全球最新一代的超聲測試設備全球最新一代的超聲測試設備,可在消費線中用手工掃描方法來檢可在消費線中用手工掃描方法來檢測器件的缺陷等。該設備可利用不同資料對超聲波聲阻抗不同，對聲波的吸收和反射程測器件的缺陷等。該設備可利用不同資料對超聲波聲

7、阻抗不同，對聲波的吸收和反射程度不同，來探測半導體、元器件的構造、缺陷、對資料做定性分析。先進的聲學顯微成度不同，來探測半導體、元器件的構造、缺陷、對資料做定性分析。先進的聲學顯微成像像 AMI 的技術是諸多行業領域在各類樣品中檢查和尋覓瑕疵的重要手段。在檢查資的技術是諸多行業領域在各類樣品中檢查和尋覓瑕疵的重要手段。在檢查資料本身或粘結層之間必需堅持完好的樣品時，這項技術的優勢尤為突出。超高頻超聲檢料本身或粘結層之間必需堅持完好的樣品時，這項技術的優勢尤為突出。超高頻超聲檢查可以比其他任何方法都更有效地檢測出脫層，裂痕，空洞和孔隙。查可以比其他任何方法都更有效地檢測出脫層，裂痕，空洞和孔隙。

8、7;.掃描聲學顯微鏡聲學掃描顯微鏡(SAM)是一種多功能、高分辨率的顯微成像儀器，兼具電子顯微術高分辨率和聲學顯微術非破壞性內部成像的特點, 被廣泛的運用在物料檢測IQC、失效分析FA、質量控制(QC)、質量保證及可靠性(QA/REL)、研發(R&D)等領域，可以檢測資料內部的晶格構造、雜質顆粒、內部裂紋、分層缺陷、空洞、氣泡、空隙等，為司法鑒定提供客觀公正的微觀根據。BACK8;.掃描聲學顯微鏡的原理一、引言一、引言掃描聲學顯微鏡掃描聲學顯微鏡(ScanNIng Acoustic Microscope，簡稱，簡稱SAM )測試技術是一種新型的測試技測試技術是一種新型的測試技術。其主要

9、特點為術。其主要特點為:它有一個所謂它有一個所謂“表層才干，即聲透鏡使超聲波在樣品外表及內部聚焦，并利用丈量點的表層才干，即聲透鏡使超聲波在樣品外表及內部聚焦，并利用丈量點的反射回波進展成像，因此能察看光學不透明資料的表層組織反射回波進展成像，因此能察看光學不透明資料的表層組織; 掃描聲學顯微鏡所產生的圖像反映掃描聲學顯微鏡所產生的圖像反映了樣品的資料力學參量，如剛度、粘度、韌度、密度、形貌等，由于是超聲丈量，掃描聲學顯微了樣品的資料力學參量，如剛度、粘度、韌度、密度、形貌等，由于是超聲丈量，掃描聲學顯微鏡對絕大多數樣品是無損害的，甚至活細胞也可以無明顯損害而被檢驗。聲學顯微鏡的無損檢測特鏡對

10、絕大多數樣品是無損害的，甚至活細胞也可以無明顯損害而被檢驗。聲學顯微鏡的無損檢測特性，使其在資料檢測中具有非常重要的意義。由于掃描聲學顯微鏡的以上特征性，使其在資料檢測中具有非常重要的意義。由于掃描聲學顯微鏡的以上特征.使其在資料科學、電使其在資料科學、電子科學、機械工程及生物科學方面具有廣泛的運用價值。子科學、機械工程及生物科學方面具有廣泛的運用價值。用聲波顯微成像的想象最早是由蘇聯學者于用聲波顯微成像的想象最早是由蘇聯學者于30年代中期提出的，由于技術緣由，該想象長期年代中期提出的，由于技術緣由，該想象長期未能實現。未能實現。70年代中期，美國斯坦福年代中期，美國斯坦福( Stanford

11、)大學的大學的Quate教授和他的協作者研制勝利了世界上第教授和他的協作者研制勝利了世界上第一臺掃描聲學顯微鏡。如今，西德、美國、日本等國已消費出掃描聲學顯微鏡商品，義務頻率范圍一臺掃描聲學顯微鏡。如今，西德、美國、日本等國已消費出掃描聲學顯微鏡商品，義務頻率范圍在在50MHZ - 2GHz之間，分辨率為之間，分辨率為0. 5wm-20wm范圍。在范圍。在50MHz-400MHz頻率范圍內義務的設備頻率范圍內義務的設備屬于低頻掃描聲學顯微鏡，主要用于察看資料內部屬于低頻掃描聲學顯微鏡，主要用于察看資料內部;而在而在0. 8 GHz - 2 . O GHz頻率范圍內義務的設頻率范圍內義務的設備屬

12、于高頻掃描聲學顯微鏡，可以高分辨率地察看外表及亞表層情況。目前，美國斯坦福大學已獲備屬于高頻掃描聲學顯微鏡，可以高分辨率地察看外表及亞表層情況。目前，美國斯坦福大學已獲得了義務頻率為得了義務頻率為SGHZ、分辨為、分辨為200人的掃描聲學顯微鏡的研討成果，正試圖研制義務頻率為人的掃描聲學顯微鏡的研討成果，正試圖研制義務頻率為100GHz、分辨率為、分辨率為50人的聲學顯微鏡，一旦此研討獲得勝利，將使聲學顯微技術產生一個飛躍。人的聲學顯微鏡，一旦此研討獲得勝利，將使聲學顯微技術產生一個飛躍。掃描聲學顯微鏡根本原理掃描聲學顯微鏡是一種集聲學、電子、機械、計算機等技術為一體的高科技產品，有透射型和反

13、射型兩種，透射型只能察看很薄的試件，對樣品制備有一定要求。而反射型的優點是試件厚度不受限制，因此有著更為廣泛的運用領域，目前可購買到的掃描聲學顯微鏡商品為反射型。反射式掃描聲學顯微鏡原理如以以下圖。微波信號源輸出延續微波信號，經脈沖調制器構成脈沖調制微波信號，該微波信號經過環行器加到壓電換能器上，使高脈沖信號轉化為聲脈沖，這些超聲脈沖經聲學透鏡的凹端聚焦，并經過藕合介質，投射在樣品的外表上，鼓勵樣品外表產生外表波。由于聲束遭到樣品的反射、散射和吸收，聲波從樣品外表前往到壓電晶體換能器，并被轉換成電信號，經過對該電信號放大、檢波、采樣、送入計算機處置，可以得到一個象素;隨著聲束在樣品外表上二維(

14、Xy方向)掃描，即可得到一幅完好的聲圖象。圖像上每個信號的灰值，反映了樣品相應部分反射信號的強度。同時在垂直于樣品方向上(Z方向)挪動探頭，改動聲波在樣品內的聚焦位置，就可得到樣品內部的聲圖像。測得的信號電壓V)取決于透鏡的聚焦性能和焦點資料的物理一機械性能。掃描聲學顯微鏡的中心部分是聲學透鏡。為了降低聲學衰減，透鏡體選用高純資料藍寶石制成，同時，藍寶石還是一種高聲速晶體，該性質可以有效地減少像差。在透鏡體的下端呈凹球面，凹球面尺寸取決于義務頻率。當換能器發射平面聲波時，由于凹球面的折射，聲波聚焦。在藍寶石透鏡體的頂部經拋光后，安裝了一個氧化鋅壓電換能器，其作用是將電振蕩與聲振蕩相互轉換。由于

15、空氣對高頻聲波具有極大的衰減作用，因此聲透鏡與試件之間是經過禍合介質來銜接的。對藕合介質的要求主要有三:一是對聲波的衰減盡量小。二是聲波在其中的傳播速度盡量慢，以獲得最低的衍射限制，從而提高分辨率。三是報合介質應具備適宜的粘度和潮濕才干。研討結果闡明，在常溫下，蒸餾水是適宜的報合介質，且在測試時將水溫適當升高，聲波衰減特性可得到改善。低溫藕合介質(液氮、液氮)有著更優的性能，但受運用條件的限制，目前全世界只需幾個大學實驗室可以運用低溫藕合介質。聲學顯微鏡的分辨率主要決議于焦點處的波長，而波長又受制于聲速及聲波頻率。頻率越高，分辨率就越高。另外，掃描聲學顯微鏡的入射波和反射波都聚焦在樣品的同一點

16、上，這使顯微鏡提高了深度鑒別才干并有助于消除聚焦外面的反射。在運用電子反差加強技術后，顯微鏡的分辨率可提高到稍優于義務波長的程度。當用熱水作藕合介質在2 GHz頻率義務時，適用分辨率可達0. 65yAm左右。聲學顯微鏡的穿透才干根本上取決于聲波頻率和樣品資料。頻率越低，穿透深度就越深。例如，當義務頻率為2 GHz時，聲波可貫穿樣品外表以下0. 5-2. 5m的深度范圍，而當義務頻率為2 5 OMHz時，其穿透才干那么可以到達250um左右。BACK聲掃描顯微鏡的性能及在資料科學中運用聲掃描顯微鏡的性能及在資料科學中運用 以以超聲波掃描顯微鏡超聲波掃描顯微鏡C-SAM為例為例以下為C-SAM的一

17、些闡明近年來，超聲波掃描顯微鏡C-SAM已被勝利地運用在電子工業，尤其是封裝技術研討及實驗室之中。由于超音波具有不用撤除組件外部封裝之非破壞性檢測才干，故C-SAM可以有效的檢出IC構裝中因水氣或熱能所呵斥的破壞如脫層、氣孔及裂痕等。 超聲波在行經介質時，假設遇到不同密度或彈性系數之物質時，即會產生反射回波。而此種反射回波強度會因資料密度不同而有所差別.C-SAM即最利用此特性來檢出資料內部的缺陷并依所接納之訊號變化將之成像。因此，只需被檢測的IC上外表或內部芯片構裝資料的接口有脫層、氣孔、裂痕等缺陷時，即可由C-SAM影像得知缺陷之相對位置。聲掃描顯微鏡下的缺陷C-SAM的效能超聲波掃描顯微

18、鏡(C-SAM)主要運用于封裝內部構造的分析，由于它能提供IC封裝因水氣或熱能所呵斥破壞分析，例如裂痕、空洞和脫層。C-SAM內部造影原理為電能經由聚焦轉換鏡產生超聲波觸擊在待測物品上，將聲波在不同接口上反射或穿透訊號接納后影像處置，再以影像及訊號加以分析。C-SAM可以在不需破壞封裝的情況下探測到脫層、空洞和裂痕，且擁有類似X-Ray的穿透功能，并可以找出問題發生的位置和提供接口數據，是互補的兩種設備主要運用范圍晶元面處脫層錫球、晶元、或填膠中之裂痕晶元傾斜各種可以之孔洞晶元接合面、錫球、填膠等覆晶構裝之分析 非破壞性資料內部構造測試廣泛運用于半導體工業，資料測試，生命科學等領域視覺效果視覺

19、效果 定量分析定量分析 自動控制自動控制 3D形貌再現 同時察看多個層面 顯示樣品的機械性能硬度，密度，壓力等 實時超聲波飛時圖表A-Scan 縱向截面圖像B-Scan XY圖像C-Scan, D-Scan, 自動掃描, 多層掃描 第二個監視器便于圖像的察看和操作 柱狀圖顯示 長度丈量 膜厚丈量 多方式圖像處置 超聲波傳輸時間丈量 無損傷深度丈量 數字信號分析 相位丈量 自動XYZ掃描自動存儲儀器參數 運用分層運算方法進展自動失效鑒別 自動濾波參數設置 換能器自動聚焦 高分辨率下自動進展高速掃描KSI v-400E 性能參數性能參數 頻率范圍：1550MHz 換能器選擇：5400MHz 掃描范

20、圍：0.200.20mm400400mm 掃描速度：2000mm/秒 掃描機構分辨率：0.1m 掃描方式：A, B,C,D, G, X, 3D 最小門限時間1ns FFT(快速傅里葉變換 阻抗丈量，偽彩色表示 圖像輸出可保管為BMP及SAM格式 儀器尺寸：20065130cm在資料科學中的運用聲波在固體中傳播，呈現出不同的聲能傳播類型。除了常見的體聲波(縱波和剪切波)外，聲外表波(SAW)同樣存在于許多資料之中。聲波的不同類型以復雜的方式與資料的彈性特征相互作用，從而產生了攜帶大童信息的反差。在聲顯微術中，這些信息可從下述四個方面獲得，經過分析可以得到大量的所需資料特征。1.表層成像在這種方式

21、中，體聲波透入樣品并在樣品內部折射而聚焦.因此，表層的特征能導致反射，從而在所構成資料工程的圖象中產生相應的反差以反映所檢測的表層情況。掃描聲學顯微鏡的表層成像才干使其可運用于檢查樣品外表下夾雜物，檢驗復合資料粘合質童，檢驗半導體組件中的晶片與其散熱片的結合質量等方面。掃描聲學顯微鏡還可以察看集成電路表層及亞表層構造，從而可以檢測出集成電路中存在的細微缺陷，如裂紋、雜質、脫層等。電路板成像2.阻抗成像阻抗成像介質的聲學阻抗被表示為聲速與密度的乘積(Z =CP)，當聲波入射于兩種介質界面時，按反射系數產生反射:R= CZz一Zi)/CZz -ZO(此處Z:和Zz是兩種介質的聲阻抗)，反射功率為R

22、的平方。當顯微鏡聚焦于外表時，阻抗的變化將表現為反差的變化。因此，聚合物及其復合資料的組成能用聲學法測出，由于圖象反差的變化與聲學阻抗的變化相對應，因此也就與密度和模蚤的變化相對應。阻抗成像方式適用于如聚合物類的低密度資料。例如，這種成像方式能用于區分兩相聚合物間的界面。阻抗成像也適用于半導體加工中的光刻膠剩余量的檢查，這是由于光刻膠的聲阻抗大大低于硅或氧化物，因此其表現出聲反射的減少。阻抗成像方式不適用于高密度資料(大部分金屬、陶瓷和半導體)中的阻抗變化成像。假設Zz ;Zi，反射系數R的變化不明顯，R接近于1。在這種情況下，可以采用聲外表波(SAW)成像方式。陶瓷鍍層成像3.聲衰面波成像聲

23、衰面波成像當一束平面聲縱波以一個臨界入射角(式中Cw和Cx分別為藕合液及外表聲波的速度)經過藕合液投射到固體樣品的外表時，就會產生有走漏的Rayleigh波，即Rayleigh波在沿資料外表傳播的同時，將不斷向藕合液中以縱波的方式輻射聲波，而且所輻射的聲縱波的方向同外表的法線也成0a角。有走漏的Rayleigh波是縱涉及橫波的混合波，它分開外表后按指數規律衰減。當滿足共焦條件時，走漏Rayleigh波被透鏡體上的換能器所接納并鼓勵起電壓。Rayleigh波的傳播對彈性變化非常靈敏，這就使得圖像反差得以提高。經過改動透鏡相對于樣品的位置，可以獲得較優的圖像反差。因此，資料的晶粒組織及結晶學取向的圖像在無需侵蝕試樣外表的條件下即可獲得。這些資料可以是光學各向同性或各向異性的，當侵蝕外表(提示這些構造的規范技術)是困難的、太費時的或不可以時，這項才干就顯得尤為重要。由于外表裂紋能極大地影響Rayleigh波傳播特征，因此，聲學顯微鏡是探測裂紋的靈敏技術?？梢蕴綔y到多么細的裂紋是沒有限制的。經過對掃描聲學顯微鏡和掃描電子顯微鏡的對比實驗闡