RO112793B1 - Metoda si microscop cu baleiaj pentru analiza structurii suprafetei - Google Patents

Description

Invenția se referă la o metodă și la un microscop cu baleiaj, pentru analiza structurii suprafeței utilizată pentru detectarea defectelor de suprafață și în tehnicile de caracterizare optică a suprafeței. 5

Sunt cunoscute microscoape optice cu baleiaj, caracterizate prin aceea că un fascicul laser este baleiat pe suprafața analizată, iar semnalul video este proporțional cu radiația reflectată, rezultând o io informație referitoare la detaliile topografice ale suprafeței.

Dezavantajele microscoapelor cu baleiaj, optice, și a metodelor de analiză cu ajutorul lor sunt, ca în cazul general al 15 tehnicilor optice, lipsa de specificitate și de sensibilitate. Dezavantajul major al metodelor bazate pe folosirea microscoapelor cu cu baleiaj optice este faptul că informația pe care o oferă se referă 20 numai la topografia suprafeței, spre deosebire de microscoapele cu baleiaj cu electroni, care oferă o multitudine de variante de imagine, care corespund la o serie de efecte care pot fi studiate. 25

Problema pe care o rezolvă invenția este realizarea unei metode bazate pe folosirea unui microscop cu cu baleiaj, la care radiația laser incidență este baleiată pe suprafață, iar semnul video este 30 proporțional cu intensitatea radiației de armonica a doua. Efectul de generare a armonicii a doua depinde de o multitudine de factori (cum sunt simetria suprafeței, defectele de suprafață, natura atomilor 35 absorbiți pe suprafață etc.), nu numai de topografia suprafeței.

Metoda pentru analiza structurii suprafeței înlătură dezavantajele prezentate mai sus, prin aceea că utilizează ca radiație 40 incidență, cu care se baleiază proba, un fascicul laser, pulsat sau continuu, iar ca semnal video, armonica a doua generată prin interacția acestui fascicul cu suprafața probei, semnal înregistrat prin achiziție 45 în memoria calculatorului, sincron cu radiația cu baleiaj.

Microscopul cu baleiaj, care pune în aplicare metoda de mai sus, este constituit dintr-un laser, un sistem de 50 baleiere a fasciculului laser, un dispozitiv de translație și rotire, pe care este fixat un suport al probei, un fotomultiplicator cu circuitele de polarizare și alimentare anexe, un prim filtru trece bandă, care lasă să treacă numai radiația de baleiere și un al doilea filtru trece bandă, care lasă să treacă numai o bandă în jurul frecvenței armonicii a doua, o interfață și un calculator care prelucrează informația primită de la un circuit digital al sistemului de baleiere și de la fotomultiplicator.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- metoda și microscopul cu cu baleiaj bazate pe generarea armonicii a doua sunt mai eficiente si mai versatile;

- radiația de ieșire este coerentă și monocromatică și poate fi ușor separată de semnalul de intrare și de lumina de fond sau de cea împrăștiată, prin filtrare spațială și spectrală;

- tehnica are o înaltă rezoluție spațială, spectrală și temporală;

- metoda și microscopul cu baleiaj sunt capabile pentru analiza nedistructivă chiar în timpul unui proces fizic, în cazul în care suprafața care se analizează este accesibilă luminii.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătură cu figura care reprezintă schema bloc a microscopului cu baleiaj, conform invenției.

Fenomenul care stă la baza metodei și a utilizării microscopului cu baleiaj pentru studiul defectelor de suprafață este generarea radiației de armonica a doua de către suprafață, când aceasta este iradiată cu un fascicul laser, care baleiază pe suprafață. Succesiunea efectelor care au loc este următoarea:câmpul electromagnetic oscilant al radiației laser cade pe suprafața de analizat și duce la apariția unei forțe de polarizare, care acționează asupra electronilor exteriori sau de valența; se realizează o polarizare variabilă, caracterizată de un vector de polarizare oscilant, care conduce la un câmp oscilant rezultant. Vectorul de polarizare, ca și câmpul emis de suprafață, se comportă neliniar, având armonici, dintre care cea mai importantă este armonica a doua.

Componenta de armonica a doua a vectorului polarizare este notată cu Ρ(2ω)

RO 112793 Bl (ω fiind frecvența unghiulară a radiației incidente) și este dată de formula:

! * unde indicii i,j și k sunt înscriși pentru cele trei componente spațiale ale vectorilor E,, Ρ[2ω] și χ_/Ι( ^ί3] sunt, respectiv vectorul câmp electric, componenta de armonica a doua a vectorului de polarizare și tensorul susceptibilitate corespunzător armonicii a doua. Când suprafața analizată este izotropă, susceptibilitatea este un scalar.

Valorile tensorului ^_A'³sunt puternic dependente de natura suprafeței, de defectele de suprafață, natura atomilor absorbiți de suprafață și de orientarea moleculelor absorbite la suprafață. Principiul metodei împreună cu principiul de funcționare a microscopului cu baleiaj bazat pe generarea armonicii a doua rezultă din faptul că intensitatea semnalului de armonica a doua este corelată cu tensorul x_i]k ⁽²⁾, iar acesta este dependent de efectele de mai sus. Rezultă că prin măsurarea intensității de armonica a doua se pot evidenția și studia aceste efecte. Metoda și microscopul cu baleiaj sunt bazate pe aceea că fasciculul laser incident este baleiat cu ajutorul unui sistem de baleiere care permite obținerea unei imagini video dată de intensitatea radiației de armonica a doua.Metoda constă în faptul că spotul de lumină monocromatică este baleiat pe suprafața care se analizează, sincron cu baleierea spotului electronic pe un tub catodic, iar intensitatea luminoasă a spotului pe tubul catodic la un moment dat, este proporțională cu intensitatea semnalului de armonica a doua, măsurat cu ajutorul unui fotomultiplicator. Acest sistem de baleiere oferă o informație globală a distribuției semnalului de armonică a doua pe suprafața analizată și conduce la imagini în care sunt vizualizate defectele pe acea suprafață, sau alte elemente de care depinde intensitatea radiației de armonica a doua.

Conform invenției și în legătură cu figura, microscopul cu baleiaj este construit dintr-un laser L cu funcționare în impulsuri, dar care poate fi și un laser cu funcționare continuă, un sistem de baleiere VSH, o incintă de măsură IM și dintr-un calculator PC care prelucrează în timp real semnalul măsurat și pe ecranul căruia se vizualizează imaginea corespunzătoare radiației de armonica a doua.

Laserul L este dotat cu un polarizorul P1. Sistemul de baleiere VSH cuprinde un sistem mecanic de deflecție SD si un circuit digital CD care comandă deplasarea și transmite spre calculatorul PC coordonatele punctului de pe suprafața baleiată la un moment dat al timpului.

Incinta de măsură IM conține un dispozitiv de translație și rotire DTR, care permite translația și rotirea unei probe P, plasată pe un suport SP. Translația se face în planul probei P, iar rotirea în jurul unei axe perpendiculare pe acest plan. Incinta IM mai cuprinde un fotomultiplicator PM, un circuit de polarizare CP al fotomultiplicatorului PM, un polarizor P2 și două filtre trece bandă F1 și F2 dintre care primul filtru PI lasă să treacă numai radiația de baleiaj în jurul frecvenței ω iar al doilea filtru și F2 lasă să treacă numai o bandă în jurul frecvenței 2ω. Circuitul de polarizare CP al fotomultiplicatorului CP este conectat la o sursă de alimentare SA.

Semnalul de armonică a doua, detectat de fotomultiplicatorul PM, este prelucrat de o interfața IF, rezultând un semnal digital care conține mărimea IF a intensității impulsului corespunzător unui moment de timp t. Calculatorul PC prelucrează informația primită de la circuitul digital CD și de la interfața I și prezintă pe monitor imaginea distribuției semnalului de armonica a doua pe suprafața probei analizate.

Claims (2)

1. Metodă pentru analiza structurii suprafeței, cu ajutorul unui microscop cu cu baleiaj, caracterizată prin aceea că utilizează ca radiație incidență, cu care se baleiază proba, un fascicul laser pulsat sau continuu, iar ca semnal video armonica a doua generată prin interacția acestui

RO 112793 Bl fascicul cu suprafața probei, semnal înregistrat prin achiziție în memoria calculatorului sincron cu radiația de cu baleiaj.

2. Microscop cu baleiaj, care pune în aplicare metoda de la revendicarea 1, caracterizat prin aceea că este constituit dintr-un laser (L), un sistem de baleiere a fasciculului laser (VSH), un dispozitiv de translație și rotire (DTR), pe care este fixat un suport al probei (SP), un fotomultipli cator (PM) cu circuitele de polarizare (CP) și alimentare (SA) anexe, un prim filtru (F1) trece bandă, care lasă să treacă numai radiația de baleiere și un al doilea filtru (F2) trece bandă, care lasă să treacă numai o bandă în jurul frecvenței armonicii a doua, o interfață (IF) și un calculator (PC) care prelucrează informația primită de la un circuit digital (CD) al sistemului de baleiere (VSH) și de la fotomultiplicator [PM]