:: Статья AZoNanotechnology
Список Темы
Предпосылка
Интерферометрия Белого Света
Применения Интерферометрии Белого Света
Профилометрия Грифеля
Атомная Микроскопия Усилия
Устанавливая AFM для Применений QC
Предпосылка
Большинств поверхностные потребностямы метрологии могут быть отвечаны одним из 3 комплементарных инструментов - интерферометра белого света, атомного микроскопа усилия и профилометра грифеля.
Количественное измерение поверхностной топографии теперь требование к ключа QC/QA в все больше и больше обширном ряде индустрий, продуктов и материалов. Это включает измерения на законченном - продукты, научные исследования и разработки (R&D) в новые поверхности и поверхностные покрытия и в-процесс контролируя во время объема продукции.
Материалы включают поверхности металлов, смесей, пластмасс, бумаги, покрашенные и покрынные, пористых поверхностей и стекла.
Водители для этих измерений колебаются от критического удара функциональных и представления, как в случае частично обрабатываемой поверхности вафли полупроводника, к предпологаемой продолжительности жизни, как для опорные площади implant вальмы, к астетическому рассмотрению, пример апельсиновой коркой в автомобильной краске.
Несколько различного контакт и внеконтактных методов в настоящее время поддерживают эту разнообразность применения, наиболее широко используемое 2 была интерферометрией белого света и профилометрией грифеля. Теперь другой метод с даже более высоким разрешением - атомной микроскопией усилия - poised к переходу от лаборатории к atline и на-линии применениям.
.jpg)
Диаграмма 1. Оптически profilers хорошо-одета для измеряя поверхностной шершавости на лезвиях бритвы и других типах лезвия.
Интерферометрия Белого Света
Интерферометрия Белого света, часто называемая оптически профилометрия, разносторонний и мощный оптически метод который использует световые волны как весьма точный правитель. Это совершено используя такое же явление взаимодействия которое производит покрашенные диапазоны когда солнечний свет отражен с очень тонкого фильма газолина плавая на лужицу воды.
Оптически profiler тип микроскопа в котором свет от светильника разделен в 2 путя частично отражая вызванным зеркалом splitter луча.
Один путь направляет свет дальше к поверхности под испытанием, другой путь направляет свет к очень плоской поверхности справки.
Отражения от 2 поверхностей перекомбинированы в микроскопе и imaged на цифровой фотокамера. Когда разница в путя между перекомбинированными лучами на заказе немного длин волны света или, взаимодействие происходит. Это производит вызванную серию темных и светлых диапазонов, краями. Эти края соответствуют к поверхностным контурам поверхности испытания, отображая свою вертикальную (топографию оси Z) на разрешении как высоком как 0,1 нанометра.
XY быть в зависимости от разрешения выбор задачи и числа пикселов камеры, и могут быть как отлично как 500 нанометров. Метод также обеспечивает нанометры абсолютной точности ±3 в Z-Оси.
Profilers Течения имеющие на рынке оптически колебаются от систем R&D benchtop к аппаратурам предлагая модернизированную функциональность для на-линии или на-линии процесса контроля. Самые предварительные этих производят статистически поверхностные данные по топографии, как Ра и Rq (Средний & шершавость RMS), и даже включают ПО анализа изображения которое высчитывают ширины характеристики и относительные положения, и которое можно подгонять для того чтобы определить отступления от идеально формы. Они также включают скрининг для дефектов, как скресты и ямы, на оператор-определенных боковых и вертикальных порогах, с автоматическим сбросом части, и причин-вносить в журнал для улучшенного управления производственным процессом.
.jpg)
Диаграмма 2. Этот пример выделяет преимущества воображения участка с AFM. (Выйденная) Топография и изображение участка (правое) cryo-microtomed разнослоистого образца полиэтилена. Пока топография преобладана широкомасштабными волнистостями, участок обеспечивает чистый взгляд наслоенной структуры. Дополнительная тонкая структура показывает присутсвие малых капелек.
Применения Интерферометрии Белого Света
Преимущества оптически профилометрии многосторонность, скорость и динамический диапазон широкой Z-Оси. Положительная Величина, это вполне внеконтактный метод. Большой динамический диапазон сегодняшних цифровой фотокамера позволяет своей пользе при поверхностные отражательные способности колебаясь от 0,5% до больше чем 90%. Сверх Того, потому что оптически profiler инструмент воображения который делает измерения зоны с каждым случаем сбора информации, он может профилировать поверхность гораздо быстре чем инструмент который должен продолжать серийно указывает пунктом.
И одно из преимуществ его оптически, внеконтактным инструментом что аппаратура может сделать измерения через прозрачные окна, как в камеры вакуума или упаковывать продукта. Плюс самые последние ПО и оборудование сюиты позволяют эти аппаратуры изучить динамическое и остановленное движение moving поверхностей как в приборах MEMS как обломоки micromirror используемые в телевидениях проекции.
Наконец, оптически profiler предлагает очень большой ряд Z-Оси, от немного нанометров до высот характеристики как больших как 10.000 микронов.
Применения Качества для оптически profilers span все от применений чистой комнаты в воздушно-космическом пространстве и медицинские службы к фабрике справляются применения в тяжелаяа индустрия как автомобильное.
Оперируя понятиями высоко-профильных применений, эта технология теперь использована одним из ведущих изготовлений США faucets кухни и ванной комнаты и отнесенных штуцеров. Аппаратуры использованы для того чтобы рассмотреть поверхность частей перед и после плакировкой хромия.
Первоначально использовано для отростчатого развития, эти измерения были начаты в отростчатые спецификации QC которые сопоставляют с восприниманными косметическими качеством так же, как сопротивлением к шелушению и питтингу хромия.
Другое оптически применение profiler на главный завод лезвий бритвы. Здесь аппаратуры использованы для ключевого угла измерени-молотилки QC 2 кромки лопасти и глубины и качества меток счета. Лезвия созданы как непрерывная катышка до 10 тысяч лезвий, которые после этого автоматически singulated путем щелкать на этих механически созданные линии счета. Угол молотилки в частности критическое измерение QC потому что до 1 dispositioned миллион лезвий основали единственно на оптически данных по profiler от только немного статистически образцов в каждой серии.
В очень различном применении малого объема/верхнего значения, контракторы NASA используют этот тип оптически profiler для того чтобы рассмотреть и оценить окна космического летательного аппарата многоразового использования для микро--ям причиненных микро- ударами метеорита. Основано на результатах этих измерений, дорогие окна сапфира заменены типично после 4 до 5 полетов.
.jpg)
Диаграмма 3. Оптически profilers широко использована в изготовлении медицинских служб как иллюстрировано в этими измерениями разнообразие поверхностей implant: Головка implant вальмы (A), чашка implant вальмы (B), implant колена (C) (опорной площади нагрузки) и (D) зубоврачебного implant.
Профилометрия Грифеля
Профилометрия Грифеля вокруг на декады, но это остает инструментом выбора в нескольких ключевых применений, в части из-за своего превосходного представления для того чтобы стоить коэффициент. В профилометре грифеля, диамант-наклоненные игла или грифель нарисованы через поверхность этапом движения точности. Изменения в поверхностной топографии причиняют вертикальное движение грифеля которое воспринимают Линейным Переменным Дифференциальным Датчиком (LVDT). Оборудуйте быть в зависимости от разрешения радиус подсказки грифеля, и смогите быть как отлично как 1 нанометр в высоте.
Хотя это ясно поверхностный инструмент контакта, низкое усилие применения грифеля аппаратур типично делает этот метод без разрушения. Преимущества профилометрии грифеля своя способность быстро выполнить длинние линейные развертки - до 200 миллиметров - своя емкость квантифицировать относительно большие высоты шага, и своя низкая цена.
Он наиболее хорошо использован для производить данные по transect; пока данные по зоны могут быть аккумулированы скеннированием растра, это типично совершено на более высоких скорости и объём используя оптически профилометрию.
Рынок для профилометров грифеля преобладан применениями качества включая фильмы и покрытия. Один настоящий пример проверка качества гальванического омеднения на элементе писания фактически каждого сделанного дисковода жесткого диска.
Другое калибрует форму microlens используемых в DVD или подобных игроках оптического диска. Ключевое применение в индустрии полупроводника управление усилия фильма, и сжимающего и растяжимого. Это усилие снует вафлю и грифель использован быстро для того чтобы измерить свою погнутость и вычислить величину усилия от этих данных.
.gif)
Диаграмма 4. В типичном оптически profiler, цифровой фотокамера записывает края которые приводят к от отражений с поверхности испытания и поверхности справки. Компьютер системы преобразовывает эти края в высокое разрешение
топографическая информация.
Атомная Микроскопия Усилия
Самый последний инструмент в арсенале разрешений для метрологии QC атомный микроскоп усилия (AFM). В AFM, сверхтонкая подсказка, как одиночный кристалл кремния или диаманта, установлена на облегченной консольной рукоятке и коснута друг друга с поверхностью. Interatomic усилия причиняют отклонение в относительно мягко cantilever. Вначале эти усилия слабо привлекательны, но они будут сильно отталкивающий по мере того как поверхностный контакт сделан. Малюсенькие консольные отклонения восприняты путем отскакивать лазерный луч с cantilever и на positionsensing фотодетектор.
В самомоднейшей рекламе AFM, cantilever, или образец, установлены на трехмерном приводе точности, обычно пьезоэлектрической tubelike структуре. Наиболее обыкновенно это использовано для поддержания постоянн усилия взаимодействия между образцом и подсказкой. растр-скеннированием подсказку по отношению к образцу, количественная топографическая поверхностная карта можно создаться основала на piezo напряжении тока необходима для поддержания постоянн прочности взаимодействия. Разрешение в-плоскости (или XY) AFM главным образом ограничено радиусом подсказки, и часто 10 нанометры или иногда более лучших. Разрешение в вертикальном размере (Z) сразу не отнесено к подсказке, и может быть в границах 0,05 нанометров (0,5 Å).
Аппаратура также может управляться в TappingMode. Здесь cantilever сделан для того чтобы осциллировать быстро как настраивать - вилка, слегка выстукивая на поверхности. В этом режиме деятельности, амплитуда и участок осциллируя cantilever использованы для того чтобы калибровать поверхностную топографию. Этот режим широко использован потому что идеально для чувствительных образцов - даже влажных мембран - потому что он во избежание боковые усилия между подсказкой и поверхностью. TappingMode выгодно для трудных образцов как металлы, потому что оно позволяет большую точность управления усилия.
В дополнение к просто измеряя поверхностной топологии, взаимодействие поверхност-подсказки AFM можно приспособиться для того чтобы сделать хозяина физических, химических и электромагнитных измерений. Примеры включают отображать боковое усилие на подсказке (трении nanoscale) и определять пьезоэлектрические уровни активности.
Устанавливая AFM для Применений QC
Из-за своего разрешения nanoscale, AFM обычно учтен типичной поверхностной аппаратурой метрологии, некоторым. Он может профилировать поверхности в буквальном смысле слова на одиночном уровне молекулы. И не похож на более предыдущие инструменты исследования, он может работать на разнообразие поверхностях, без специальной необходимо подготовки. Он может даже зондировать поверхности которые погружены в воде и других жидкостях.
Однако, до тех пор пока очень недавно, большинство применений AFM не будет ограничено к исследовательской лабаратории и средствам R&D. Это потому что AFMs не предложило реквизитный ruggedization и рабочую простоту для пользы semi-умелый операторами в промышленной среде. Исключение к этому индустрия полупроводника, которая теперь обширно использует AFMs для того чтобы утвердить несколько этапов производственных процессов обломока памяти и логики.
Типичное коммерчески применение исследования на 3M, поставщик главного компонента для устранимых продуктов пеленки. Клейкая лента на этих продуктах должна безопасно быть закрыта одиночным давлением руки для того чтобы дать безопасное ощупывание к родителю изменяя ребенка. Но эт быть в зависимости от равномерное применение прилипателя без голых мест или неравных уровней прилипания. Компания недавно приобрела AFM для того чтобы изучить слипчивую прокладку используя вызванный метод воображением участка.
Это выдвижение воображения TappingMode. Путем отображать вне участок осциллируя cantilever, воображение участка идет за простой топографический отображать. Специфически, оно чувствительн к изменениям в прилипании и вискоэластичности и может обеспечить информацию о составе образца и разъединении microphase.
Согласно 3M, этот метод показывал интересные характеристики которые не были обнаружены любым другим методом. Сверх Того, 3M верят что эти характеристики смогли быть важными морфологическими изменениями в образовании.
AFMs также успешно было использовано в нескольких применений анализа отказа и улучшения продукта.
Например, необходимо рыб консервируя было нужно проанализировать почему их туна имела более скоро чем предпологаемый срок годности при хранении. AFM был использован для того чтобы проанализировать ухудшение качества покрытия на внутренней поверхности чонсервной банкы. Это показало что характеристики в специфической воде используемой cannery ухудшали защитное покрытие полимера используемое для того чтобы защитить туну от подвержения к чуть-чуть металлу.
Теперь poised для того чтобы принять новое поколение AFMs ruggedized компактом этим такие же возможности от лаборатории R&D в деятельности QC основного направления. Предыдущие применения для этих новых аппаратур для контролировать поверхностную шершавость и дефекты в покрынных поверхностях и отделках штрафа. Другие предыдущие усыновители в зоне фильмов и фольг как покрынный алюминием фильм полимера.
В заключение, измерения QC поверхностной топографии в разнообразие применениях можно обслуживать с 3 основными типами аппаратур - оптически profiler, атомного микроскопа усилия и профилометра грифеля.
Однако, всегда не ясно к uninitiated которое этих подходов самое лучшее для, котор дали пользы. Поэтому, выбирать правую аппаратуру для определенного применения требует быть партнером с поставщиком который понимает возможности и ограничения каждой из этих технологий.
.jpg)
Эта информация найденный, расмотрена и приспособлена от материалов обеспеченных Bruker AXS.
Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Bruker AXS.