The authors have no acknowledgements.

측정 1. 사전 준비 주 : 실험에 사용 된 시료는 MEMS 전극이다. 금 전극은 리프트 오프 공정을 이용하여 실리콘 웨이퍼 상에 제조된다. 샘플은 1mm 기간과주기적인 구조 (전극)를 가진 18mm X 18mm 웨이퍼이다 <ol><li> 시스템을 사용하기 전에 로그 북에 로그인합니다. </li><li> 컴퓨터, 레이저 및 번역 단계 전원을 켭니다. </li><li> 멤스 전극 / 마이크로 다이어프램 샘플을 놓습니다. <ol><li> 집게를 사용하여 표본 홀더의 중앙에 MEMS 샘플을 놓는다. </li><li> 빔 경로에 전극을 배치하는 샘플 홀더를 조정한다. 뷰의 최대 측정 필드는 카메라 센서의 크기에 의해 정의된다. 그것은 2.3 mm X 1.8 mm의 직사각형이다. </li></ol></li><li> 수직 방향 동력 단계를 사용 approximatively 1.5 cm 떨어진 샘플에서 시스템을 이동합니다. </li></ol> 2. 소프트웨어 설정 조정 <ol><li> 3D보기를 엽니 다소프트웨어. 3D보기는 C ++에서 개발 된 우리의 사내 프로그램입니다. </li><li> 실험에 적합한 카메라를 선택하는 영상 소스 버튼을 클릭합니다. 흑백 CCD 카메라를 선택합니다. 단색 다이오드 레이저를 사용하기 때문에이 설정에서 컬러 카메라를 피하십시오. 컬러 카메라를 사용하는 경우 또한, 동일한 수의 픽셀에 대해, 해상도가 낮은 것이다. <ol><li> 장치 설정 탭에서 [Y800 (1280 X 960) 비디오 포맷 및 제 2 영상 속도 당 15 프레임. </li></ol></li><li> 카메라를 시작하는 노란색 재생 버튼을 클릭합니다. 각인 프린지 패턴 (홀로그램)와 객체의 이미지가 나타납니다. <ol><li> 필요한 경우 이미지의 채도를 방지하기 위해 최적의 이득 및 노출 매개 변수를 조정합니다. </li></ol></li><li> 라이브 비디오 창 카메라 뷰를 사용하여 샘​​플을 조사하기 위해 정확한 영역을 선택하는 샘플 위치를 조정한다. </li><li> 오픈 설정 탭을 클릭합니다. <ol><li> 구성 탭에서 (반사 또는 투명) 라의 파장을 표면의 유형을 선택카메라의 산이, 픽셀 크기입니다. 레이저는 파장 633 nm에서 작동하는 다이오드 레이저이다. 카메라의 픽셀 크기는 4650 ㎚이다. 샘플 때문에 반사 모드가 선택되어야하는 반사 전극 MEMS 장치이다. 주 : CDHM 구성은 반 사면을 측정 할 수있다. 그러나, 소프트웨어는 다른 디지털 홀로그래피 시스템 (13)을 사용하는 경우, 투명 샘플을 측정 할 수있다. 이 설정의 변화는 위상의 높이 계산식을 변경한다. 이 오브젝트의 굴절률을 포함하기 때문에 실제로, 광로 차 계산 투명 샘플 약간 다르다. </li><li> 컨볼 루션 재구성 알고리즘을 선택 0으로 재구성 거리를 설정합니다. 1 또는 2의 재구성 단계를 선택합니다. 주 : 재구성 거리 파라미터 홀로그램으로부터 얻어진 강도 화상을 고려하여 자동 초점을 사용하여 나중에 정의 될 수있다. 재구성 단계의 수를 정의프레 넬 적분을 실행하고, 빔 전달을 시뮬레이션하는 데 사용하는 단계. 첫 번째 방법은 하나의 푸리에 변환에 한 번 적분 평가한다. 2 단계는 두번 적분을 평가할 것이다. 이 그리드 간격에 더 많은 유연성을 추가하지만 계산 (20) 덜 효율적이다. </li><li> 후 처리 탭에서 최종 풀어 이미지를 얻을하는 데 필요한 풀기 알고리즘을 선택합니다. 선택 품질 알고리즘을 매핑. 참고 : 소프트웨어에서 골드 스타 인과 품질 사이의 선택 알고리즘을 매핑이 가능하다. 나중에는 풀기 강력하고 빠른 공간 위상을 보여 주었다. 품질 맵핑 알고리즘 (21)에 기술 된 바와 같이 언 래핑 유도 위상에 기초한다. </li></ol></li></ol> 3. 데이터 수집 <ol><li> 푸리에 푸리에 스펙트럼 창을 엽니 아이콘을 변환 누릅니다. 하나의 공 질서와 두 +1, -1 수주가 나타납니다. 그렇지 않은 경우, 샘플은 올바른 위치에 있는지 확인하고, 이득 조정다시 D 노출 시간. </li><li> 라이브 측정 모드를 중지합니다. 필터 도구를 사용하여 회절 오더 (양 또는 음의 주파수) 중 하나를 선택한다. 선택된 영역은 위상의 검색을 위해 필요한 모든 주파수가 존재하는 정도로 충분히 커야한다. 다시 라이브 모드를 전환합니다. 주 : 음의 순서의 선택은 바로 즉, 최종 결과에 위상의 기호에 영향을 미칠 것입니다, 최종 3D 이미지가 반전됩니다. </li><li> 상 창을 엽니 다. 언 래핑 모드가 활성화되지 않았는지 확인합니다. 포장 변두리로 각인 오브젝트의 회색 단계 이미지가 나타납니다. </li><li> 위상 이미지 프린지의 수를 줄이기 위해 수직 동력 스테이지를 이용한다. 단지 하나 또는 2 개의 줄무늬는 이미지에 남아있는 경우, 모터 스테이지 멈춘다. 주 :이 시스템은 간섭에 기초한다. 따라서 진동에 민감합니다. 래핑 된 위상 전압 강하 이미지가 표시되기 전에, Z 방향 모터 구동 스테이지를 이동 한 후, 사용자는 1 또는 2 초를 기다려야엔. 안정된 위상 이미지를 얻기 위해 측정시의 진동을 방지하는 것도 중요하다. </li><li> 최고의 재건 거리를 찾기 위해 자동 초점 (22) 버튼을 클릭합니다. 하나는 강도 이미지가 선명 나타날 때까지 최적의 재구성 거리에 접근하는 오토 포커스를 여러 번 사용해야 할 수도 있습니다. 22에 기재된 바와 같이, 오토 포커스 효율적이고 시간 효율적인 각도 스펙트럼 법에 기초한다. 참고 : 초점 슬라이더 바는 미세 조정에 사용할 수 있습니다. 그런 다음, 현재 재건 거리를 기록하는 중앙 초점 버튼을 클릭합니다. 최적의 초점은 자동 초점 옵션을 찾을 수 없다는 종종 나타납니다. 이 경우, 수동 입력 재구성 거리가 최적의 초점을 찾을 수있다. </li><li> 랩의 해제 버튼을 클릭하여 언 래핑 된 위상 이미지를 볼 수있는 래핑 모드를 활성화합니다. </li></ol> 정적 측정 4. 데이터 시각화 및 분석 <ol><li> 최종 3D를 볼 수있는 3D 이미지 창을 엽니 다샘플 이미지입니다. (회전, 컬러지도, 스케일 디스플레이 ...) 최종 결과를 관찰하기 위해 사용할 수있는 옵션을 사용합니다. </li><li> 비 중복으로 창을 정렬하고 모든 측정 창을 표시 할 타일 창 버튼을 클릭합니다. </li><li> 언 래핑 된 위상 이미지의 관심 영역에 선을 그릴 라인 눈금자를 사용합니다. 라인 플롯 창에서 관심 영역의 단면 프로필 줄거리는 관찰 할 수있다. 개체 (그림 5)의 대략적인 높이를 추출하기 위해 두 개의 녹색 라인 마커를 사용합니다. 표면 거칠기는 또한 샘플의 평면 상부에 얻을 수있다. </li><li> 필요한 경우 다른 소프트웨어로 가져 .JPEG 형식의 마지막 단계 이미지를 저장합니다. </li></ol> 동적 측정을위한 샘플 및 데이터 분석 5. 준비 <ol><li> 가열 스테이션 접시에 마이크로 다이어프램을 놓습니다. 실험이 종료 될 때까지 샘플을 플레이트로부터 제거되지 않을 것이다. </li><li> MICR의 홀로그램을 기록O 다이어프램 부 (2)와 (3) 그것은 변형 분석을위한 기준으로서 사용되는 상술 한 절차에 따라 실온에서. </li><li> 컴퓨터의 위상 데이터를 저장합니다. </li><li> 실험실 가열 플레이트를 켭니다. </li><li> 온도 조절기를 사용하여, 300 ° C 내지 50 ° C 내지 50 ° C의 단계에서의 온도를 변화. 각 온도 단계, .JPEG 형식의 위상지도 이미지를 저장한다. </li><li> 변형 된 데이터를 획득하기 위해 기록 된 다른 위상지도의 초기 주위 온도 위상지도를 뺀다. 주 :이 후 처리 단계는 간단한 MATLAB 코드로 실현 될 수있다. 얻어진 다른 MATLAB 상에로드되고 단순 매트릭스 감산을 행한다. 이어서 다른 변형 단계의 단면 그래프를 얻을 수있다. </li></ol>

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	<li>Maluf, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An introduction to Microelectromechanical Systems. , (2002).</li><li>Novak, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MEMS+metrology+techniques.">MEMS metrology techniques.</a> Proc. SPIE. 5716, 173-181 (2005).</li><li>Gabor, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New+Microscopic+Principle.">A New Microscopic Principle.</a> Nature. 161 (4098), 777-778 (1948).</li><li>Schnars, U., J&#252;ptner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+recording+of+holograms+by+a+CCD+target+and+numerical+reconstruction.">Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction.</a> Appl. Opt. 33 (2), 179-181 (1994).</li><li>Schnars, U., J&#252;ptner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+recording+and+numerical+reconstruction+of+holograms.">Digital recording and numerical reconstruction of holograms.</a> Meas. Sci. Technol. 13 (9), 85-101 (2002).</li><li>Pedrini, G., Schedin, S., Tiziani, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lensless+digital+holographic+interferometry+for+the+measurement+of+large+objects.">Lensless digital holographic interferometry for the measurement of large objects.</a> Opt. Commun. 171 (1-3), 29-36 (1999).</li><li>Dubois, F., Joannes, L., Legros, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+three-dimensional+imaging+with+a+digital+holography+microscope+with+a+source+of+partial+spatial+coherence.">Improved three-dimensional imaging with a digital holography microscope with a source of partial spatial coherence.</a> Appl. Opt. 38 (34), 7085-7094 (1999).</li><li>Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+digital+microscopic+holography+with+applications+to+microstructure+testing.">Studies of digital microscopic holography with applications to microstructure testing.</a> Appl. Opt. 40 (28), 5046-5051 (2001).</li><li>Cuche, E., Bevilacqua, F., Depeursinge, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+holography+for+quantitative+phase-contrast+imaging.">Digital holography for quantitative phase-contrast imaging.</a> Opt. Lett. 24 (5), 291-293 (1999).</li><li>Qu, W., Yu, Y., Chee Oi, C., Raj Singh, V., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quasi-physical+phase+compensation+in+digital+holographic+microscopy.">Quasi-physical phase compensation in digital holographic microscopy.</a> J. Opt. Soc. Am. 26 (9), 2005-2011 (2009).</li><li>Schedin, S., Pedrini, G., Tiziani, H. J., Santoyo, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+three-dimensional+dynamic+deformation+measurements+with+pulsed+digital+holography.">Simultaneous three-dimensional dynamic deformation measurements with pulsed digital holography.</a> Appl. Opt. 38 (34), 7056-7062 (1999).</li><li>Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+validation+of+digital+microholo+interferometric+system+for+micromechanical+testing.">Development and validation of digital microholo interferometric system for micromechanical testing.</a> Proc. SPIE. 4778, 11-20 (2002).</li><li>Qu, W., Bhattacharya, K., Choo, C. O., Yu, Y., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transmission+digital+holographic+microscopy+based+on+a+beam-splitter+cube+interferometer.">Transmission digital holographic microscopy based on a beam-splitter cube interferometer.</a> Appl. Opt. 48 (15), 2778-2783 (2009).</li><li>Potcoava, M. C., Kim, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fingerprint+biometry+applications+of+digital+holography+and+low-coherence+interferography.">Fingerprint biometry applications of digital holography and low-coherence interferography.</a> Appl. Opt. 48 (34), 9-15 (2009).</li><li>Kolman, P., Chmel&#236;k, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherence-controlled+holographic+microscope.">Coherence-controlled holographic microscope.</a> Opt. Express. 18 (21), 21990-22003 (2010).</li><li>Lee, M., Yaglidere, O., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field-portable+reflection+and+transmission+microscopy+based+on+lensless+holography.">Field-portable reflection and transmission microscopy based on lensless holography.</a> Biomed. Opt. Express. 2 (9), 2721-2730 (2011).</li><li>Mico, V., Zalevsky, Z., Garc&#236;a, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Common-path+phase-shifting+digital+holographic+microscopy:+a+way+to+quantitative+phase+imaging+and+superresolution.">Common-path phase-shifting digital holographic microscopy: a way to quantitative phase imaging and superresolution.</a> Opt. Commun. 281 (17), 4273-4281 (2008).</li><li>Singh, V. R., Miao, J., Wang, Z., Hedge, G. M., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+characterization+of+MEMS+diaphragm+using+time+averaged+in-line+digital+holography.">Dynamic characterization of MEMS diaphragm using time averaged in-line digital holography.</a> Opt. Commun. 280 (2), 285-290 (2007).</li><li>Singh, V. R., Anderi, A., Gorecki, C., Nieradko, L., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+MEMS+cantilevers+lensless+digital+holographic+microscope.">Characterization of MEMS cantilevers lensless digital holographic microscope.</a> Proc. SPIE. 6995, 69950F-1 (2008).</li><li>Schmidt, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+Simulation+of+Optical+Wave+Propagation+with+Examples+in+MATLAB.">Numerical Simulation of Optical Wave Propagation with Examples in MATLAB.</a> SPIE PRESS BOOK. , (2010).</li><li>Zhao, M., Huang, L., Zhang, Q. C., Su, X. Y., Asundi, A., Qian, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quality-guided+phase+unwrapping+technique:+comparison+of+quality+maps+and+guiding+strategies.">Quality-guided phase unwrapping technique: comparison of quality maps and guiding strategies.</a> Appl. Opt. 50 (33), 6214-6224 (2011).</li><li>Wang, Z., Qu, W., Yang, F., Wen, Y., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+autofocus+method+based+on+angular+spectrum+method+in+digital+holography.">A new autofocus method based on angular spectrum method in digital holography.</a> Proc. SPIE. 9449, 2-7 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

본 검토에서는 정확하게 디지털 홀로그래피에 의존 컴팩트 한 시스템을 사용하여 다른 MEMS 디바이스의 형태를 정량적으로 회수 할 수있는 프로토콜을 제공한다. 정적 및 동적 두 모드에서 MEMS 특성이 설명된다. 마이크로 채널 MEMS 정량 3D 데이터가 얻어진다. 시스템의 정확성을 검증하기 위해, 결과 CDHM 및 AFM을 비교 하​​였다. 좋은 계약은 디지털 홀로그래피는 3D 영상에 대한 신뢰할 수있는 기술이 될 수 있음을 의미 발견된다. 결과는 시스템이 10 nm의 깊이 해상도 가능한 것을 나타낸다. 또한, 마이크로 채널을 통해 얻은 결과는 샘플의 형태의 MEMS 제조 과정을 제어 할 수있는 시스템이 MEMS 특성화에 사용될 수 있음을 보여준다. 또한 CDHM을 사용하여 수득 배율 MEMS 크기 (4.2)에 대한 표기 것에 대응한다. 또한,이 시스템은 전체 필드를 측정 할 수있다. 이 co.kr에서 상당한 자산 때입니다긴 주사 측정을 요구하는 등의 공 초점 현미경 같이 일반적으로 MEMS 검사에 사용되는 기술을 깎다. 또한, 상기 시스템의 가로 해상도를 용이하게 할 수있는 UV 레이저 적색 다이오드 레이저를 변화시킴으로써 향상시킨다. 마지막으로, 시스템의 높은 민감도는 조도 측정을 가능하게한다. 마이크로 다이어프램의 동적 측정은 CDHM 열적 또는 전기적 부하인가시 MEMS 장치의 변형을 관찰 할 수있는 적절한 도구임을 보여준다. 변형 맵을 구축 할 수있는 이중 노광 방법을 사용하여 마이크로 다이어프램의 동적 변형 연구가 수행된다. 하나는 다이어프램 형 신중 실시간으로 관찰 할 수 있음을 알 수있다. 3 차원 형태는 하나의 영상을 이용하여 계산되기 때문에 이러한 결과가 가능하다. 그러나 다른 정적 측정 동안 관찰 된 것과, 열 부하를 사용하여 동적 측정은 비정상적으로 거친 프로필을 보여줍니다. 사실, 사람은 선 그림 쉬를 고려할 수정전기 측정 결과에 비해 대략 같이도 6G에 소유. 10 나노 미터로 작은 구조를 해결할 수있는 시스템으로, 조도는 물체에서 나오는 것 같습니다하지 않습니다. 가능한 설명은, 상기 가열 단계에 의해 발생 된 열이 두 파의 간섭을 교란 및 오브젝트 파의 파면에 영향을 미치는 것으로 할 수있다. 또한, 동적 연구는 전기 부하 (12)를 사용하여 MEMS의 CDHM을 사용하여 수행되었으며,이 거칠기가 나타납니다 것 같습니다하지 않습니다. 이 프로토콜은 샘플 수직 위치, 재건 거리의 선택, 재구성 방법, 진동이없는 환경과 CCD에 줄무늬의 품질 등 여러 가지 중요한 단계가 포함되어 있습니다. 신뢰할 수 있고 안정적​​인 결과를 보장하기 위해 모든 단계를주의 깊게 수행해야합니다. 예를 들어, 대상 빔 경로는 시스템 샘플 거리는 중요 예 참조 하나 동일 할 필요CCD에 대한 명확한 프린지 패턴을 얻었다. 또한, 수치 재구성 거리가 아니라 홀로그램 이미지 평면에 재구성 될 수 있도록 조정되어야한다. 마지막으로, 레이저의 파장의 절반보다 더 날카 구조를 갖는 샘플 상 불안정한 결과를 야기 할 것이다. 실제로, 위상 점프 풀기 오류 단계로 인해 나타날 수있다. 이러한 결과는 CDHM의 기능은 MEMS 디바이스의 3D 깊이 정량적 측정을 수행하기 위해 도시 한 것이다. 실제로, MEMS 마이크로 일렉트로닉스 산업에서 발생하는 바와 같이, 반사 표면은 CDHM은 특성화 및 마이크로 소자의 검사뿐만 아니라 시츄 프로세스 측정에 사용할 수있는 휴대용 시스템이다. 유효성 연구는 시스템에 의해 얻어진 결과는 신뢰성이 높은 것을 나타낸다. CDHM 더 큰 검색 영역을 커버하고 실시간으로 측정이 수행 될 수있다. 그러한 AFM 또는 공 초점 마이크로 같은 다른 기술에 비해 중요한 장점시간이 소요 스캔을 필요로 사본. 결과 제공 외에도, 시스템은 다른 MEMS 공정에서 귀중한 정보를 제공 할 수있다. 예를 들면, MEMS 디바이스 (11)에서의 공진 모드를 관찰 시간 평균 강도 화상을 이용하여 매우 빠른 측정 프로세스에서 입증 된 능력을 갖는다. 향후 연구 실시간 이미징에 전기 부하하에 MEMS 캔틸레버의 편향을 변경 집중할 것이다.

마이크로 및 나노 물체의 계측 업계와 연구자 모두에게 매우 중요하다. 사실, 개체의 소형화는 광학 계측을위한 새로운 도전을 나타냅니다. 일반적으로 정의 된 마이크로 전자 기계 시스템 (MEMS)은 전자 기계 시스템을 소형화 일반적으로 마이크로 센서, 마이크로 액츄에이터, 마이크로 전자 및 마이크로와 같은 구성 요소를 포함하고있다. 여기에는 생명 공학, 의학, 통신, 1 감지 등 다양한 분야에서 많은 응용 프로그램을 발견했다. 최근, 증가하는 복잡성뿐만 아니라 테스트 객체의 미세화에 적합한 특성 MEMS 기술의 발달에 대한 호출을 특징으로한다. 이러한 복잡한 마이크로 시스템의 고 스루풋 특성은 제조 변수와 공정 조건 (2)에 의한 관련 결함을 정량화 고급 인라인 측정 기술의 구현을 필요로한다. 기하학적 PARAM의 예를 들면, 편차멤스 장치 eters는 시스템 특성에 영향을 미치는 특징되어야한다. 또한, 업계는 전체 세 가지 차원 (3D) 계측,보기, 높은 영상 해상도의 대형 과학 ELD, 실시간 분석과 같은 높은 해상도의 측정 성능을 필요로한다. 따라서, 품질 관리 검사 공정 신뢰성을 보장하기 위해 필수적이다. 또한, 기존의 인프라 스트럭처에 설치 될 생산 라인에서 용이하게 구현 가능하고, 따라서 상대적으로 컴팩트하게 측정 시스템을 필요로한다. 제 가버 (3)에 의해 도입 된 홀로그램은, 기준 및 감광 매체의 물체 웨이브 사이의 간섭을 기록하여 객체의 전체 정량적 정보의 복구를 허용하는 기술이다. 기록으로 알려진이 과정에서, 필드의 진폭, 위상 및 편광은 상기 매체에 저장된다. 다음 객체 파 필드는 저에 참조광을 전송하여 회수 할 수있다dium, 홀로그램의 광학적 판독 알려진 방법. 종래의 검출기 만 전파의 강도를 기록하기 때문에, 홀로그램은 전계에 대한 추가 정보에 액세스 할 수 있기 때문에 지난 50 년 동안 많은 관심의 대상이되어왔다. 그러나, 종래의 홀로그래피의 여러 측면은 산업 애플리케이션에 비실합니다. 실제로, 감광성 재료는 고가이며, 기록 공정은 일반적으로 고도의 안정성을 요구한다. 이러한 충전 결합 소자 (CCD)와 같은 고해상도 카메라 센서의 발전은 디지털 계측에 대한 새로운 접근 방식을 열었습니다. 이러한 기술 중 하나는 디지털 홀로그래피 (4)로서 알려져있다. 디지털 홀로그래피 (DH)에있어서, 홀로그램 카메라 (기록 매체)에 기록하는 수치 프로세스는 위상 및 세기 정보를 재구성하는데 사용된다. 인터넷에 도시 된 바와 같이 기록 재 : 종래 홀로그래피와 같이, 그 결과는 두 가지 절차 후에 얻을 수있다녹음이 기존의 홀로그래피 유사한 경우 gure 1. 그러나, 재건은 5 만 숫자입니다. 수치 재구성 처리는도 2에 도시되어있다. 두 방법은 재구성 프로세스에 참여한다. 우선, 오브젝트 파 필드 홀로그램로부터 검색된다. 홀로그램은 홀로그램면에있는 객체의 파면을 얻을 수있는 수치 기준 파형과 곱합니다. 둘째, 복잡한 객체 파면 수치 화상면에 전파된다. 우리의 시스템에서,이 단계는 회선 방법 6을 이용하여 수행된다. 얻어진 재구성 필드는 복소 함수 따라서 위상 및 강도가 관심의 대상에 정량적 높이 정보를 제공하는 추출 할 수있다. 홀로그래피 방식에서 전체 파이 ELD 정보 기억 능력 및 빠른 데이터 처리를위한 컴퓨터 기술의 사용은 실험 구성의 유연성을 제공하며, 상당히 속도 시간을 증대새로운 가능성을 열어 실험 과정의 d를, MEMS 및 마이크로 시스템 7, 8에 대한 동적 계량 도구로 DH를 개발. 위상차 영상 디지털 홀로그래피의 사용은 지금 잘 설립하고 첫 번째 10 년 이상 전 9 제시했다. 실제로 디지털 홀로그래피와 현미경을 조합하여 미세 소자의 조사 많은 연구 10, 11, 12, 13에서 수행되었다.이 높은 코 히어 런스 (14) 및 저 간섭 15 소스에 기초하여 여러 시스템뿐만 아니라 구조 (13) (16)의 다른 유형 17 (줄, 축, 일반적인 경로 떨어져 ...) 제시되었다. 또한, 라인 디지털 홀로그래피는 MEMS 디바이스 (18, 19)의 특성화 이전에 사용되어왔다. 그러나, 이러한 시스템은 일반적으로 구현이 어렵고 부피가 산업용 애플리케이션에 적합하지 않다. 본 연구에서는 오프 AXI 기반으로하는 무료, 컴팩트 간단하고 렌즈 시스템을 제안한다실시간 MEMS 검사 및 특성에 대한 디지털 홀로그래피는 할 수에요. 컴팩트 디지털 홀로그램 현미경 (CDHM)는 렌즈 적은 디지털 홀로그래피 시스템 개발 및 마이크로 크기의 반사 물체의 3 차원 형태를 얻기 위해 특허이다. 우리의 시스템, 10 mW의에서는 매우 안정 638 nm에서 동작하는 온도 제어 다이오드 레이저는 단일 모드 광섬유로 연결된다. 도 3에 도시 된 바와 같이, 광섬유에서 발산하는 발산 빔은 빔 스플리터에 의해 기준 및 오브젝트 빔으로 분할된다. 참조광 경로는 오프 축 형상을 실현하는 경사 거울을 포함한다. 대상 빔이 산란되어 시료에 의해 반사된다. 두 빔이 홀로그램을 CCD에주는 간섭. 이미지 상에 인쇄 된 간섭 줄무늬는 공간 캐리어 불리는 단 하나의 이미지와 정량적 위상 정보의 복구를 허용한다. 수치 재구성 공통 푸리에 변환 및 역 같은 컨벌루션 알고리즘을 사용하여 수행이전 테드. 렌즈가없는 구성은 매력적 여러 가지 장점을 갖는다. 어떤 렌즈를 사용하지 않는 바와 같이, 입력 빔이 발산 파 자연 기하학적 인 배율을 제공함으로써, 시스템의 해상도를 향상시키는 것이다. 또한, 일반적인 광학계에서 발생하는 수차의 자유이다. 도 3b에서 알 수있는 바와 같이, 시스템은 컴팩트 (55x75x125 mm 3), 경량 (400g)을 만들 수 있고, 따라서 용이하게 공업 생산 라인에 통합 될 수있다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1228">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">2 MP Camera</td>
			<td style="width:251px;">Imaging Source</td>
			<td style="width:251px;">DMX 41BU02</td>
			<td style="width:512px;">used to record the hologram. 4.65 microns pixel size</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Motorized X,Y,Z Translation Stage</td>
			<td style="width:251px;">Zaber Technology&#160;</td>
			<td style="width:251px;">TLS28-M</td>
			<td>Holder for the system&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Beam splitter</td>
			<td style="width:251px;">Edmund optics</td>
			<td style="width:251px;">49-003</td>
			<td>Cube Beam splitter. Separate and recombine the object and reference beam</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Laser&#160;</td>
			<td style="width:251px;">Micro Laser Systems, Inc.</td>
			<td>SRT-F635S-20/OSYS</td>
			<td>Diode laser</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mirror</td>
			<td style="width:251px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:251px;">#43-412-566</td>
			<td>1&#34; Dia. Protected Gold, &#955;/20 Flat Zerodur</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">monomode Fiber</td>
			<td style="width:251px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:251px;">S405-XP</td>
			<td style="width:512px;">Single Mode Optical Fiber, 400 - 680 nm, &#216;125 &#181;m Cladding</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sample holder</td>
			<td style="width:251px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:251px;">#39-930</td>
			<td>Ideal Positioning Platform,&#177;35mm Travel in Both X and Y</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hotplate</td>
			<td style="width:251px;">Thermolyne Mirak hotplate</td>
			<td style="width:251px;">Barnstead International HP72935-60</td>
			<td>temperature range&#160;&#160; 40-370 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Holoscope Software</td>
			<td style="width:251px;">d&#39;Optron Pte Ltd</td>
			<td style="width:251px;">NA</td>
			<td>software developed by the NTU researchers&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

compact lens-less digital holographic microscope for mems inspection and characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

상기 프로토콜은 검사하고 CDHM 시스템을 사용하는 MEMS 및 마이크로 소자의 특성을 설계 하였다. 우리의 시스템에서, 단일 모드 광섬유는 633 nm 파장에서 작동하는 다이오드 레이저에 결합된다. 인해 발산 빔 구성, 재구성 될 수있는 홀로그램을 얻기 위해 대상 빔 및 기준 빔 경로와 일치하는 것이 중요하다. 이는 시스템에 대해 샘플을 조심 수직 위치를 통해 달성된다. 계산 된 위상 래핑 된 이미지에서, 프린지의 수는 시스템의 높이 위치를 변경하여 최소로 감소된다. 이것은 광로가 일치하는 것을 보장한다.도 4는 샘플의 적절한 축 방향 위치 결정 후 CDHM를 이용한 측정으로부터 얻어진 결과를 나타낸다. 데이터는 단일의 이미지를 실시간으로 얻을 수있다. 이 실험에서, 상이한 고음 및주기의 격자 패턴으로 이루어진 USAF 타겟 샘플로 선택된다.전술 한 바와 같이, 위상 맵 (도 4a)는 하나의 이미지 홀로그램로부터 추출된다. 특정 패턴의 라인 플롯은도 4a에 도시된다. 노란색 라인 (그림 4A)는 시료의 단면의 위치를 나타냅니다. 두 개의 녹색 마커 라인 샘플 높이의 절대 값을 추정하는데 사용된다. 디지털 홀로그래피 시스템의 결과를 확인하기 위하여, 시료의 원 자간 력 현미경 (AFM)의 조사를 행한다. 동일한 샘플 영역의 단면은도 4b에 도시된다. 동일한 구조, 2.1 nm의 높이 차이는 AFM 및 CDHM 측정 사이에서 발견된다. 따라서, 두 방법 사이의 비교는 CDHM의 능력을 보여준다. 특히 MEMS 디바이스를 특성화하기 위해, MEMS 전극의 3D 정적 조사가 수행된다. 장치는 금 전극 PATT 규소 이루어지는리프트 오프 공정을 사용하여 받 습니 다. 일반적으로, 실리콘 기반의 MEMS는 에칭 같은 민감한 방법을 사용하여 또는 프로세스를 들어 제조된다. 두 경우에서, 제조 과정에서 시료의 형태의 변화를 정량화 할 수있는 능력은 매우 중요하다. (5)는이 샘플에 대한 측정 결과를 보여준다. 샘플의 완전한 3D 형태를 관찰 할 수있다. 단면 라인 (도 5a) 플롯 검사에 사용할 수있는 깊이 맵을 도시한다. 채널의 깊이는 632 nm 인 것으로 확인되고, 전극들 사이의 측 방향 거리가 또한 샘플의 완전한 3D 정량 분석​​을 제공 할 수 있음을 보여주는 CDH에 의해 제공된다. 다른 치수 (도 5b)에서 플롯 CDHM도 거칠기 측정에 적합 함을 증명하는, 전극의 표면 거칠기를 나타낸다. MEMS 특성의 정적 응용 프로그램은 g의입니다reat 값하지만 흥미로운 과정의 대부분은 동적 인 검사가 필요합니다. 적당한 기록 방법을 선택하여 CDHM 시스템은 정적 및 동적 상황 모두에 대한 검사 및 특성화 마이크로 장치 할 수있다. (6)은 다른 온도에서 수득 된 마이크로 다이어프램의 3D 데이터의 계열을 나타낸다. 격막은 SOI (절연체상의 실리콘) 웨이퍼 샘플 상에 얇은 판을 접합함으로써 제조되었다. 시료를 가열 플레이트 상에 배치된다. 열 변형을 측정하기 위하여, 온도 50 ° C에서 변화되는 50 ° C에서 시작 및 단계 300 ° C까지. 홀로그램의 수치 재건 각 온도에 대해 수행된다. 상온에서의 홀로그램 상을 이전에 기록되었다. 그것은 참조 위상으로서 사용된다. 변형 상태 (열부하) 및 기준 상태 (상온)의 감산 변형 맵을 제공한다. 는 D의 열 변형 따라서 전체 필드 분석<html> iaphragm가 얻어진다.도 6G는 다른 온도에 대한 변형을 강조한다. 이 경우, 라인 플롯은 측정 정적 측정하는 동안 얻어진 결과와 비교하여 상당한 조도를 보여주는 것을 알 수있다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig1.jpg" /> 도 1 디지털 홀로그래피 기록 재구성 처리 방식. 이 그림은 물체의 3 차원 이미지를 얻기 위해 두 단계 프로세스의 세부 정보를 보여줍니다. 기록 처리 및 생성 홀로그램의 만화 도시된다. 물체의 홀로그램, 진폭 및 위상 (모듈러 2π)로부터 추출된다. 위상이 2π 모호성을 제거하기 위해 래핑됩니다. 3 차원 재구성이 수행된다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> &quot;fo를하기 : 유지-together.within 페이지를 =&quot;1 &quot;&gt; <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig2.jpg" /> 재건 과정 2. 세부 계획을 그림. 이 그림은 복원 처리 방식의 개략도를 보여줍니다. 디지털 홀로그램 화상이 수행된다 (FFT)을 기록하고, 고속 푸리에 변환된다. 스펙트럼에서 유용한 정보를 선택하면, 화상은 다시 푸리에 변환된다. 그런 다음 기준 빔과 홀로그램의 전파 수치 세대가 독립적으로. 물체의 위상과 진폭을 검색하는 시뮬레이션 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig3.jpg" /> CDHM 설정의 그림 3. 도식은.이 그림은 CDHM 설정의 개략도를 (보여줍니다 <strong&gt; A)과 (B의 사진). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig4.jpg" /> CDHM과 원자 힘 현미경 (AFM) 미국 공군 대상의 높이 측정 사이에 그림 4. 비교.이 그림은 (AFM을 미세 구조가 CDHM (A)과 원자 힘 현미경을 사용하여 얻은 미국 공군 대상에서 라인 플롯을 보여줍니다 ) (B). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig5.jpg" /> 멤스 엘 그림 5. 3D 프로파일 및 선 그래프<html> ectrode 장치. CDHM을 이용한 실리콘 MEMS 전극 장치의 측정 결과. 3D 결과 (C)를 ​​보여주는 녹색 x 방향 (A)의 특정 단면에서 샘플의 깊이를 추정하는 데 사용 마커와 y 방향 (B) 및 전체 필드 이미지와 선 그림. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig5large.jpg" target="_blank">큰 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 버전입니다.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig6.jpg" /> 열 부하 마이크로 다이어프램 6. 변형 연구 그림. 사진은 열 부하 (AF) 및 특정 단면 (G)에서 변형의 진화를 보여주는 선 그림을 다양한에서 마이크로 다이어프램의 3D 변형 이미지를 보여줍니다.t = &quot;_ 빈&quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

우리는 MEMS 장치의 검사 및 특성화를위한 소형 반사 디지털 홀로 그래픽 시스템 (CDHM)을 제시한다. 자연의 기하학적 배율을​​ 제공 발산 입력 파를 사용하는 렌즈없는 디자인이 설명된다. 모두 정적 및 동적 연구가되게됩니다.

MEMS 검사 및 특성화를위한 소형 렌즈가없는 디지털 홀로그램 현미경

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

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Nanyang Technological University

Research

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Engineering

10.2K 조회수.  Nanyang Technological University.  우리는 MEMS 장치의 검사 및 특성화를위한 소형 반사 디지털 홀로 그래픽 시스템 (CDHM)을 제시한다. 자연의 기하학적 배율을​​ 제공 발산 입력 파를 사용하는 렌즈없는 디자인이 설명된다. 모두 정적 및 동적 연구가되게됩니다. 

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Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

단일 분자 이미징을위한 소형 양자 점

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

연구

공학

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

기존 및 홀로 그래픽 광학 트래핑 기능과 고해상도 현미경의 구조

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input bias voltage. However, the tradeoff for the improved switching performance is a relatively long settling time to reach each gap height in response to various applied voltages. Transient applied bias waveforms are employed to facilitate reduced switching times for electrostatic fringing-field MEMS actuators with high mechanical quality factors. Removing the underlying substrate of the fringing-field actuator creates the low mechanical damping environment necessary to effectively test the concept. The removal of the underlying substrate also a has substantial improvement on the reliability performance of the device in regards to failure due to stiction. Although DC-dynamic biasing is useful in improving settling time, the required slew rates for typical MEMS devices may place aggressive requirements on the charge pumps for fully-integrated on-chip designs. Additionally, there may be challenges integrating the substrate removal step into the back-end-of-line commercial CMOS processing steps. Experimental validation of fabricated actuators demonstrates an improvement of 50x in switching time when compared to conventional step biasing results. Compared to theoretical calculations, the experimental results are in good agreement.

The robust device design of fringing-field electrostatic MEMS actuators results in inherently low squeeze-film damping conditions and long settling times when performing switching operations using conventional step biasing. Real-time switching time improvement with DC-dynamic waveforms reduces the settling time of fringing-field MEMS actuators when transitioning between up-to-down and down-to-up states.

실시간 DC-동적 바이어스 방법 심각하게 부족 감쇠 프린 징 필드 정전기 MEMS 엑츄에이터에서 시간 개선을 전환하기위한

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Single Plane Illumination Module and Micro-capillary Approach for a Wide-field Microscope

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and optimized for 3-dimensional cell cultures, e.g., multi-cellular tumor spheroids (MCTS). The SPIM excitation module shapes and deflects the light such that the sample is illuminated by a light sheet perpendicular to the detection path of the microscope. The system is characterized by use of a rectangular capillary for holding (and in an advanced version also by a micro-capillary approach for rotating) the samples, by synchronous adjustment of the illuminating light sheet and the objective lens used for fluorescence detection as well as by adaptation of a microfluidic system for application of fluorescent dyes, pharmaceutical agents or drugs in small quantities. A protocol for working with this system is given, and some technical details are reported. Representative results include (1) measurements of the uptake of a cytostatic drug (doxorubicin) and its partial conversion to a degradation product, (2) redox measurements by use of a genetically encoded glutathione sensor upon addition of an oxidizing agent, and (3) initiation and labeling of cell necrosis upon inhibition of the mitochondrial respiratory chain. Differences and advantages of the present SPIM module in comparison with existing systems are discussed.

A module for single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and optimized for 3-dimensional cell cultures. The sample is located within a rectangular capillary, and via a microfluidic system fluorescent dyes, pharmaceutical agents or drugs can be applied in small quantities.

단일 평면 조명 모듈과 와이드 필드 현미경 용 마이크로 모세관 접근법

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems (C-MEMS)

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long and hollow glassy carbon microfibers derived from human hairs is introduced. The long and hollow carbon structures were made by the pyrolysis of human hair at 900 &#176;C in a N2 atmosphere. The morphology and chemical composition of natural and pyrolyzed human hairs were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and electron-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), respectively, to estimate the physical and chemical changes due to pyrolysis. Raman spectroscopy was used to confirm the glassy nature of the carbon microstructures. Pyrolyzed hair carbon was introduced to modify screen-printed carbon electrodes ; the modified electrodes were then applied to the electrochemical sensing of dopamine and ascorbic acid. Sensing performance of the modified sensors was improved as compared to the unmodified sensors. To obtain the desired carbon structure design, carbon micro-/nanoelectromechanical system (C-MEMS/C-NEMS) technology was developed. The most common C-MEMS/C-NEMS fabrication process consists of two steps: (i) the patterning of a carbon-rich base material, such as a photosensitive polymer, using photolithography; and (ii) carbonization through the pyrolysis of the patterned polymer in an oxygen-free environment. The C-MEMS/NEMS process has been widely used to develop microelectronic devices for various applications, including in micro-batteries, supercapacitors, glucose sensors, gas sensors, fuel cells, and triboelectric nanogenerators. Here, recent developments of a high-aspect ratio solid and hollow carbon microstructures with SU8 photoresists are discussed. The structural shrinkage during pyrolysis was investigated using confocal microscopy and SEM. Raman spectroscopy was used to confirm the crystallinity of the structure, and the atomic percentage of the elements present in the material before and after pyrolysis was measured using EDX.

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS

Long and hollow glassy carbon microfibers were fabricated based on the pyrolysis of a natural product, human hair. The two fabrication steps of carbon microelectromechanical and carbon nanoelectromechanical systems, or C-MEMS and C-NEMS, are: (i) photolithography of a carbon-rich polymer precursor and (ii) pyrolysis of the patterned polymer precursor.

3D 탄소 미세 전자 기계 시스템 (C-MEMS) 제작

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long ...

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and nanotechnology. Although near-field scanning microscopy and superlenses have improved the resolution in the near-field region, far-field imaging in real-time remains a significant challenge. Recently, the hyperlens, which magnifies and converts evanescent waves into propagating waves, has emerged as a novel approach to far-field imaging. Here, we report the fabrication of a spherical hyperlens composed of alternating silver (Ag) and titanium oxide (TiO2) thin layers. Unlike a conventional cylindrical hyperlens, the spherical hyperlens allows for two-dimensional magnification. Thus, incorporation into conventional microscopy is straightforward. A new optical system integrated with the hyperlens is proposed, allowing for a sub-wavelength image to be obtained in the far-field region in real time. In this study, the fabrication and imaging setup methods are explained in detail. This work also describes the accessibility and possibility of the hyperlens, as well as practical applications of real-time imaging in living cells, which can lead to a revolution in biology and nanotechnology.

The use of a hyperlens has been regarded as a novel super-resolution imaging technique due to its advantages in real-time imaging and its simple implementation with conventional optics. Here, we present a protocol describing the fabrication and imaging applications of a spherical hyperlens.

Hyperlens 통합 현미경 및 슈퍼 해상도 영상

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques to create an application-based microelectromechanical systems (MEMS) filter and how to use it efficiently (i.e., tuning the tuning-capability and avoiding both failure and stiction). LDV enables crucial measurements that are impossible with the network analyzer, such as higher mode detection (highly sensitive biosensor application) and resonance measurement for very small devices (fast prototyping). Accordingly, LDV was used to characterize the frequency tuning range and resonance frequency at different modes of the MEMS filters built for this study. This wide range frequency tuning mechanism is based simply on Joule heating from the embedded heaters and relatively high thermal stress with respect to the temperature of a fixed-fixed beam. However, we demonstrate that another limitation of this method is the resulting high thermal stress, which can burn the devices. Further improvement was achieved and shown for the first time in this study, such that the tuning capability was increased by 32% through an increase in the applied DC bias voltage (25 V to 35 V) between the two adjacent beams. This important finding eliminates the need for the extra Joule heating at the wider frequency tuning range. Another possible failure is through stiction and requirement of structure optimization: We propose a simple and easy technique of low frequency square wave signal application that can successfully separate the beams and eliminates the need for the more sophisticated and complicated methods given in the literature. The above findings necessitate a design methodology, and so we also provide an application-based design.

A protocol for a fixed-fixed beam design using a laser Doppler vibrometer (LDV), including the measurement of frequency tuning, modification of tuning capability, and avoidance of device failure and stiction, is presented. The superiority of the LDV method over the network analyzer is demonstrated due to its higher mode capability.

설계 및 효율적인 넓은 범위 가변 MEMS 필터 특성 방법론

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques ...

Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common quasistatic equipment and procedures used for material characterization are not applicable for materials under dynamic loads. The dynamic response of a material depends on its deformation rate and is broadly categorized into high (i.e., greater than 200/s), intermediate (i.e., 10&#8722;200/s) and low strain rate regimes (i.e., below 10/s). Each of these regimes calls for specific facilities and testing protocols to ensure the reliability of the acquired data. Due to the limited access to high-speed servo-hydraulic facilities and validated testing protocols, there is a noticeable gap in the results at the intermediate strain rate. The current manuscript presents a validated protocol for the characterization of different materials at these intermediate strain rates. Strain gauge instrumentation and digital image correlation protocols are also included as complimentary modules to extract the utmost level of detailed data from every single test. Examples of raw data, obtained from a variety of materials and test setups (e.g., tensile and shear) is presented and the analysis procedure used to process the output data is described. Finally, the challenges of dynamic characterization using the current protocol, along with the limitations of the facility and methods of overcoming potential problems are discussed.

Here we present a methodology for the dynamic characterization of tensile specimens at intermediate strain rates using a high-speed servo-hydraulic load frame. Procedures for strain gauge instrumentation and analysis, as well as for digital image correlation strain measurements on the specimens, are also defined.

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common ...

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. SRS imaging modality can be obtained using commercial laser-scanning microscopes by equipping with a non-descanned forward detector with proper bandpass filters and lock-in amplifier (LIA) detection scheme. A schematic layout of a typical SRS microscope includes the following: two pulsed laser beams, (i.e., the pump and probe directed in a scanning microscope), which must be overlapped in both space and time at the image plane, then focused by a microscope objective into the sample through two scanning mirrors (SMs), which raster the focal spot across an x-y plane. After interaction with the sample, transmitted output pulses are collected by an upper objective and measured by a forward detection system inserted in an inverted microscope. Pump pulses are removed by a stack of optical filters, whereas the probe pulses that are the result of the SRS process occurring in the focal volume of the specimen are measured by a photodiode (PD). The readout of the PD is demodulated by the LIA to extract the modulation depth. A two-dimensional (2D) image is obtained by synchronizing the forward detection unit with the microscope scanning unit. In this paper, the implementation of an SRS microscope is described and successfully demonstrated, as well as the reporting of label-free images of polystyrene beads with diameters of 3 &#181;m. It is worth noting that SRS microscopes are not commercially available, so in order to take advantage of these characteristics, the homemade construction is the only option. Since SRS microscopy is becoming popular in many fields, it is believed that this careful description of the SRS microscope implementation can be very useful for the scientific community.

In this manuscript, the implementation of a stimulated Raman scattering (SRS) microscope, obtained by the integration of an SRS experimental set-up with a laser scanning microscope, is described. The SRS microscope is based on two femtosecond (fs) laser sources, a Ti-Sapphire (Ti:Sa) and synchronized optical parametric oscillator (OPO).

자극된 라만 산란을 기반으로 한 비선형 현미경 구현

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. ...