多孔硅表面形貌的观测和探讨

一、引言多孔硅室温下较强的光致发光现象给全硅大规模光电集成电路和硅基发光器件的开发带来曙光，但要把它变为现实仍有许多问题要解决，就以发光机理为例，仍有不同意见[1].为此必须深入研究其特性，为探讨发光机理提供依据.已有作者观察到发光畴区[2]，测得多孔硅成分近于二氧化硅[3]，观察到快和慢的发光带[4]以及证实自然氧化引入新的表面态[5]等.但迄今为止测量的均为晾干后的多孔硅，而未深究在空气中贮存干燥过程中形貌的变化.本文对多孔硅在空气中贮存初期表面形貌的变化做了显微观测和探讨.还尝试测量了多孔硅／硅的界面特性.二…     

V型槽衬底内条形大光腔可见光半导体激光器

采用一种新的液相外延工艺，研制出具有大光腔结构的Ｖ型槽衬底内条形可见光发射半导体激光器，其光谱波长为７７９－７８４ｎｍ，室温连续工作阈值电流为６０ｍＡ，具有２倍阈值的基模工作时，线性输出光功率可达８ｍＷ，４ｍＷ下工作寿命已超过３０００小时。     

基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像

提出了一种基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像方法,由干涉光谱计算样品相邻两点的相位差,得到样品表面相位差分图,经过积分,重建样品表面形貌的定量分布.当相邻两点相位差的绝对值小于π,不产生相位包裹,避免了目前的干涉法相位解包裹存在的问题,将干涉法相邻两点相位差绝对值的限制条件由目前的π扩大到2π,提高了干涉法表面形貌成像的适用范围.参考面和样品置于同一平台之上,消除环境干扰及系统振动的影响,噪声幅度小于0.3 nm.通过对光学分辨率片及表面粗糙度标准样板的表面形貌成像,对本方法进行了验证,系统的轴向分辨率优于1 nm.     

表面微观形貌测量及其参数评定的发展趋势

由于表面加工质量的不断提高，对微观形貌测量技术提出了更高的要求。传统触针式轮廓仪测量具有稳定、可靠、测量动态范围大等优点，但会划伤被测表面；而非接触式形貌测量技术克服了接触式测量易划伤表面的缺点，它主要包括光学散射法、各种光探针法、光学显微干涉法以及采用ＳＥＭ、ＳＴＭ、光子隧道显微镜和原子力显微镜（ＡＦＭ）来探测表面微观形貌的方法。各种测量方法均有其优点和局限性。光学测量方法由于受衍射限制，使其横向分辨率很难提高，在测量大斜率及台阶表面时，测量误差很大。而ＡＦＭ被公认为是一种理想的表面微观形貌测量方法。此外，在表面微观形貌评定方面，国际上正积极探索各种三维评定参数以取代原来的二维参数。     

透明软质薄膜的表面形貌测量

为了实现光刻胶表面形貌的广域、高精度测量,对新一代测量理论及测量方法进行了研究。首先分析了被测物件的特性,根据其柔软、透明的特征提出应用光干涉法和机械探针相结合的方法进行测量,同时阐明了使用此方法进行表面形貌测量的优点,并据此原理搭建了光学多探针表面形貌测量装置,光学测量部分采用白光干涉计,探针部分采用拥有8只球型探头的多点悬臂测量探针。然后应用此装置对标准刻槽试件和半透明光造型薄膜试件进行了测量。测量52 nm的标准刻槽试件时得到了测量误差小于2%,标准偏差小于1 nm的结果,表明本装置可以达到高精度测量表面形貌的目的。通过测量高约400 nm的树脂材料证实了此装置可以克服多重反射的影响测量透明薄膜的表面形貌。     

表面微观形貌测量中数字图象处理的应用

应用相移干涉术测量物体表面微观形貌时,由于各种因素的影响,表面形貌的测量会产生失真的现象.本文采用数字信号滤波与平滑技术消除了测量过程中系统误差引起的波纹度及系统噪音,去除了在图象的数字化和传输过程中产生的高频噪音和假轮廓,使得测量结果更接近于实际值.     

表面形貌对GaAs生长速率测量的影响

本文利用Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED)强度振荡测量GaAs同质外延生长,发现其生长速率随生长厚度按一定指数函数关系衰减.这种衰减与GaAs表面形貌的变化密切相关,表面台阶数量的增加使层状生长模式由2D成核模式逐渐转变为台阶流模式.由于RHEED强度振荡所测的生长速率与表面的粗糙程度密切相关,表面情况改变对生长速率会有一定的影响,导致测量的生长速率逐渐的衰减.根据生长速率随生长厚度的增加而衰减的拟合曲线,可以获得一个准确的生长速率.     

相移干涉显微术测量表面微观形貌

在微分干涉相衬显微镜中加入偏振相移装置,实现了对干涉光强的调制,达到了相移的目的,构造了具有纳米级分辨率的相移干涉显微测量系统。编制了一套测试软件及多组数据处理软件,将测量系统的各组成部分用软件进行了连接。分析并解决了测量过程中的技术难题,对纳米表面微观形貌进行了高精度实时自动测量。该测量系统能够准确地重构出纳米表面微观形貌,并给出了定量测量数据。     

少子寿命和表面形貌与多孔硅发光性能的关系

研究了不同时间腐蚀的多孔硅的光致发光性能与多孔硅的表面形貌和少子寿命之间的关系。结果表明,多孔硅的发光来自与氧空位有关的缺陷,而多孔硅表面的氢原子能够钝化多孔硅表面的非辐射中心从而提高多孔硅的发光效率。多孔硅的空隙度随腐蚀时间的延长而增大,这也导致了多孔硅的少子寿命的降低,从而造成多孔硅的光致发光效率随多孔硅空隙度的增大以及少子寿命的降低而提高。另外,原子力显微照片表明长时间的腐蚀使多孔硅表面层被化学腐蚀,从而降低了多孔硅表面的粗糙度。     

光学相干层析信号的模拟分析与计算

对传统的模拟介质散射响应函数的蒙特卡罗算法的计算过程进行了改进，提出光子不可分割的假设，这样可以避免人为选定光子被吸收阈值的不确定性；同时采用双曲线法模拟入射高斯光束，解决了对表面为非平面介质的传输信号进行模拟的问题.通过对盖玻片（平面）与眼角膜（曲面）的光学相干层析探测信号及层析图的数值模拟，并与相应实验结果进行比较，证实了该方法与假设的可行性. 关键词： 光学相干层析 蒙特卡罗法模拟 散射     

从迈克耳孙干涉仪到光学相干层析术

介绍了迈克耳孙干涉仪在物理学发展史上的重要作用及生物医学成像技术的发展状况．从迈克耳孙干涉仪的发展过程出发,讨论了光学相干层析术的原理、特性及其在生物医学成像、物理学、材料科学中的应用,并将频谱光学相干层析术与傅里叶变换光谱术作了比较,最后讨论了它在教学上的意义．     

Optical coherence tomography based particle image velocimetry (OCT-PIV) of polymer flows

The measurement of spatially resolved velocity distributions is crucial for modelling flow and for understanding properties of materials produced in extrusion processes. Traditional methods for flow visualization such as particle image velocimetry (PIV) rely on optically transparent media and cannot be applied to turbid polymer melts. Here we present optical coherence tomography as an imaging technique for PIV data processing that allows for measuring a sequence of time resolved images even in turbid media. Time-resolved OCT images of a glass-fibre polymer compound were acquired during an extrusion process in a slit die. The images are post-processed by ensemble cross-correlation to calculate spatially resolved velocity vector fields. The results compared well with velocity data obtained by Doppler-OCT. Overall, this new technique (OCT-PIV) represents an important extension of PIV to turbid materials by the use of OCT.     

Film thickness measurement and defect inspection using optical coherence tomography

An optical sensing technology based on optical coherence tomography is presented for film thickness measurement and defect inspection. In order to improve the imaging quality, a simple interference spectrum processing procedure is proposed to eliminate the DC and the autocorrelation noise. With the proposed method, we obtain high quality one-dimensional depth and two-dimensional cross-sectional images of the films. Then, the thickness and the defect information of the film can be obtained from the acquired images. The experiment result demonstrates that this nondestructive imaging technique is applicable for measuring film thickness and inspecting defects.     

基于LabVIEW的光学相干层析成像控制系统

 为了实现对光学相干层析成像系统的实时自动监控,在光学相干层析成像技术的基础上以LabVIEW为开发平台,设计调试了一套生物组织光学特性测量的控制系统。该系统主要包括参考臂驱动程序模块和数据采集卡的数据采集程序模块,各模块既相互独立又有机地组成一个整体。使用该系统对不同浓度的Intralipid组织模拟液进行了测量,实验结果表明模拟液的散射系数可靠,而且系统具有开发周期短、成本低、维护简单、可移植性强等特点。     

白光频域光学相干层析检测方法

针对频域光学相干层析系统成像过程中产生的图像噪声,提出了一种干涉光谱解耦的方法。该方法通过消除干涉光谱中的直流项和自相关项,实现对图像去噪。利用白光作为光源,对聚苯乙烯单层薄膜进行成像实验,得到薄膜的一维深度图像以及二维层析图像。由二维层析图像可以清晰的获取薄膜的内部微观结构及表面形貌信息。实验结果表明,该检测方法可有效消除薄膜的图像噪声,提高图像信噪比和对比度。     

基于拉锥结构的全光纤型内窥OCT探针研究

本文报道了一种基于拉锥结构的全光纤型内窥光学相干层析成像探针. 基于大纤芯多模光纤的低光束发散特性, 使用大纤芯多模光纤代替透镜作为成像元件, 并在单模光纤与大纤芯多模光纤之间引入过渡拉锥段以减少插入损耗. 首先利用光学仿真软件(Rsoft)确定探针的最佳结构, 然后通过拉锥、切割以及熔接工艺实现探针制作, 并对探针的出射光束特性与插入损耗进行测量, 最后将该探针与扫频光学相干层析成像主系统联机, 对人体指尖皮肤及鸡气管壁组织进行成像. 该探针直径为250 μm, 不锈钢保护管外径为325 μm, 硬端长度1 cm, 插入损耗约为0.3 dB, 空气中有效成像范围达800 μm. 该探针为内窥光学相干层析成像技术在心血管疾病的应用提供了高紧凑度、高传输效率与高灵活性的选择.     

Two-dimensional optical coherence tomography for real-time structural dynamical characterization

We present a two-dimensional optical coherence vibration tomography (2DOCVT) system with an ultra-precision displacement resolution of ~0.1 nm that is capable of in site real-time absolute displacement measurement of structural line vibrations. Experimental results of sinusoidal, sweep and impulse vibrations were reported. The key figures of merit such as the 2DOCVT system could obtain fast line vibration measurement without scanning and it also could be used to capture structural modal parameters in one single impulse excitation measurement without any vibration excitation input information, making it attractive for the application in low-frequency vibration measurement and response-only modal analysis.     

全场光学相干层析成像系统的研制

研制了一套采用旋转1/2波片无色散移相器进行移相操作的全场光学相干层析成像系统.该移相器能在宽光谱范围内无色散地获得8倍于1/2波片旋转角的移相量,能快速、方便地为各种移相算法提供所需的移相量.移相量实测结果表明：系统获得了8倍旋转角的移相量,提出的移相器结构正确.采用Hariharan移相算法对反射镜样品进行的成像实验表明系统具有较高的移相精度.最后进行的实物样品成像实验,检验了系统的有效性. 关键词： 全场光学相干层析成像 无色散移相器 旋转1/2波片