The authors have no acknowledgements.

1. Preparação preliminar da Medição Nota: A amostra utilizada para o experimento é um eletrodo de MEMS. Os eletrodos de ouro são fabricados em um wafer de silício usando lift off processo. A amostra é um 18 milímetros wafer x 18 mm com estruturas periódicas (eletrodos) com prazo de 1 milímetro <ol><li> Entre no diário de bordo antes de usar o sistema. </li><li> Ligue a alimentação do computador, laser e fase de tradução. </li><li> Colocar a amostra MEMS eletrodo / micro-diafragma. <ol><li> Colocar a amostra de MEMS no meio de suporte da amostra usando uma pinça. </li><li> Ajustar o suporte de amostras para posicionar os eléctrodos no caminho do feixe. O campo máximo de visão da medição é definida pelo tamanho do sensor da câmera. É um rectângulo de 2,3 mm x 1,8 mm. </li></ol></li><li> Usando a direção motorizado estágio vertical, mova o sistema approximatively 1,5 cm de distância da amostra. </li></ol> 2. Software de Ajuste Configurações <ol><li> Abra o 3DVisualizarProgramas. 3DVisualizar é o nosso programa in-house desenvolvido em C ++. </li><li> Clique no botão fonte de imagem para selecionar a câmera adequada para o experimento. Escolha a câmera CCD monocromática. Evitar uma câmera de cor nesta configuração uma vez que um diodo de laser monocromática é usada. Além disso, para o mesmo número de pixels, a resolução seria inferior ao usar câmaras a cores. <ol><li> Na guia configurações do dispositivo, formato de vídeo seleciona Y800 (1.280 x 960) e 15 frames por taxa de vídeo segundo. </li></ol></li><li> Clique no botão amarelo play para iniciar a câmera. Uma imagem do objeto com padrões de franjas impressos (Holograma) deve aparecer. <ol><li> Ajustar os parâmetros ideais de ganho e de exposição para evitar a saturação da imagem, se necessário. </li></ol></li><li> Usando a janela de vídeo da câmera com visualização ao vivo, ajustar a posição da amostra para selecionar a área exata para investigar sobre a amostra. </li><li> Abra a guia configurações. <ol><li> Na guia configuração, selecionar o tipo de superfície (reflexivo ou transparente), comprimento de onda de laSer, e de pixel tamanho da câmara. O laser é um laser de diodo operando a 633 nm. O tamanho do pixel da câmera é de 4.650 nm. A amostra é um dispositivo especular MEMS eletrodo de modo modo reflexivo deve ser selecionada. Nota: A configuração permite que apenas CDHM superfícies reflectoras a ser medido. No entanto, o software também pode ser usado para medir amostras transparentes quando um sistema de holografia digital diferente é usado 13. Uma mudança neste cenário muda a fórmula de cálculo da altura da fase. Com efeito, o cálculo da diferença de trajecto óptico é ligeiramente diferente para amostras transparentes, uma vez que inclui o índice de refracção objecto. </li><li> Escolha o algoritmo de reconstrução Convolution e definir a distância de reconstrução a zero. Escolha uma etapa de reconstrução de 1 ou 2. Nota: O paretro de reconstruo distância pode ser definida mais tarde, considerando a imagem de intensidade obtido a partir do holograma e utilizando o auto-foco. O passo de reconstrução define o número depassos utilizados para implementar o Fresnel integral e simular a propagação do feixe. O primeiro método avaliar a integral uma vez como um único Fourier Transform. Um passo de 2 irá avaliar a integral duas vezes. Isto adiciona uma maior flexibilidade no espaçamento da grelha, mas é menos eficiente computacionalmente 20. </li><li> Na guia de pós-processamento, selecione o algoritmo desembrulhar necessário para obter a imagem desembrulhado final. Selecionar a qualidade mapeado algoritmo. Nota: No software, a escolha entre Goldstein e Qualidade mapeada algoritmo pode ser feito. Quanto mais tarde mostrou fase espacial robusta e rápida desembrulhar. O algoritmo de qualidade mapeada é baseado em fase guiada desembrulhar como descrito no 21. </li></ol></li></ol> 3. Aquisição de Dados <ol><li> Pressione a transformada de Fourier ícone para abrir a janela espectro de Fourier. Um 0 fim e dois +1, -1 ordens deve aparecer. Se este não for o caso, verificar que a amostra está na posição direita, e ajustar o ganho de umtempo de exposição d novamente. </li><li> Parar o modo de medição ao vivo. Selecione uma das ordens difratados (frequência positiva ou negativa), utilizando a ferramenta de filtro. A área seleccionada deve ser suficientemente grande de modo a que todas as frequências necessárias para a recuperação de fase estão presentes. Ligue o modo de viver novamente. Nota: A escolha da ordem negativa irá afectar apenas o sinal da fase no resultado final, ou seja, a imagem final 3D será invertida. </li><li> Abra a janela de fase. Verifique se o modo desembrulhado não está habilitado. imagem de fase de cinza do objeto impresso com franjas embrulhadas deve aparecer. </li><li> Utilizar a fase vertical motorizada para reduzir o número de franjas na imagem de fase. Quando apenas 1 ou 2 franjas são deixados sobre a imagem, parar o estágio motorizado. Nota: O sistema é baseado em interferometria. Assim, é sensível a vibrações. Depois de mover o estágio direção z motorizados, o usuário deve esperar 1 ou 2 segundos antes da imagem de fase envolveu aparece again. É também importante para evitar vibrações durante a medição para obter uma imagem de fase estável. </li><li> Clique no botão de auto-foco 22 para encontrar a melhor distância de reconstrução. Um pode precisar usar autofocus várias vezes para aproximar a distância reconstrução ideal até que a imagem intensidade aparece nítida e clara. A autofocagem é baseada num método de espectro angular eficaz e eficiente do tempo como descrito em 22. Nota: A barra deslizante de foco pode ser usado para o ajuste fino. Em seguida, clique no botão de foco central para gravar a distância reconstrução atual. Parece às vezes que melhor foco não é encontrado com opção de focagem automática. Neste caso, a distância reconstrução de entrada manualmente para encontrar a melhor focagem. </li><li> Ativar o modo desembrulhado para ver a imagem a fase desenvolvida, clicando no botão desembrulhar. </li></ol> 4. Visualização de Dados e Análise para medição estática <ol><li> Abra a janela de imagem 3D para ver o 3D finaisimagem da amostra. Use as opções disponíveis para observar o resultado final (girar, mapa de cores, o display da balança ...). </li><li> Clique no botão janelas lado a lado para organizar as janelas como não-sobreposição e exibir todas as janelas das medições. </li><li> Use a régua de linha para desenhar uma linha em uma área de interesse na imagem a fase desenvolvida. Na janela trama da linha, um mapa do perfil em corte transversal da área de interesse pode ser observada. Use os dois marcadores de linha verde para extrair uma altura aproximada do objecto (Figura 5). A rugosidade da superfície pode também ser obtido na parte superior plana da amostra. </li><li> Salve a imagem final de fase em formato JPEG para importá-lo para outro software, se necessário. </li></ol> 5. Preparação da Amostra e Análise de Dados para a medição dinâmica <ol><li> Coloque a micro diafragma em uma placa central de aquecimento. A amostra não irá ser removido da placa até que a experiência termina. </li><li> Grave um holograma do micrO diafragma à temperatura ambiente, seguindo o procedimento descrito acima na secção 2 e 3. Ele será usado como uma referência para a análise de deformação. </li><li> Guardar os dados de fase no computador. </li><li> Ligar a placa de aquecimento de laboratório. </li><li> Usando o botão de temperatura, a temperatura pode variar em etapas de 50 ° C a partir de 50 ° C a 300 ° C. Para cada etapa de temperatura, salvar a imagem do mapa de fase em formato JPEG. </li><li> Subtrair o mapa de fase temperatura ambiente inicial do mapa outra fase gravada para obter os dados de deformação. Nota: Esta etapa de pós-processamento pode ser realizado com o código MATLAB simples. As diferentes fases obtidos são carregados em Matlab e subtracção matriz simples é realizado. Em seguida, pode ser obtido parcelas das secções transversais das diferentes fases de deformação. </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.

Nesta revisão, nós fornecemos um protocolo para recuperar com precisão a morfologia quantitativa de diferentes dispositivos MEMS usando um sistema compacto contando com holografia digital. caracterização MEMS no modo estático e dinâmico é demonstrada. dados 3D quantitativos de um micro MEMS canal é obtido. A fim de validar a precisão do sistema, os resultados têm sido comparadas entre o CDHM e a AFM. Bom acordo é encontrado o que significa que a holografia digital pode ser uma técnica confiável para imagens 3D. Os resultados indicam que o sistema é capaz de resolução de profundidade de 10 nm. Além disso, os resultados obtidos sobre o micro canal mostram que o sistema pode ser usado na caracterização MEMS como morfologia da amostra pode ser controlada durante o processo de fabricação de MEMS. Além disso, a ampliação obtido usando o CDHM correspondem ao que deve ser usado para o tamanho MEMS (4,2x). O sistema também é capaz de medição de campo completo. Este é um trunfo considerável quando compare a técnicas normalmente utilizadas para a inspecção MEMS tais como microscopia confocal, as quais requerem a medição de varrimento de comprimento. Além disso, a resolução lateral do sistema pode ser facilmente melhorar mudando o laser de diodo vermelho para um laser de UV. Finalmente, a elevada sensibilidade do sistema permite medições da rugosidade. medição dinâmica em um micro diafragma revela que a CDHM é um instrumento adequado para observar a deformação em dispositivos MEMS quando a carga térmica ou elétrica é aplicada. Usando um método de dupla exposição para construir o mapa deformação, é realizado o estudo das deformações dinâmica de um micro diafragma. Pode-se ver que a forma do diafragma pode ser cuidadosamente observados em tempo real. Este resultado é possível porque a morfologia 3D é calculado com apenas uma imagem. No entanto diferentemente do que foi observado durante as medições estáticas, medição dinâmica usando carga térmica mostra um perfil anormal áspero. Na verdade, pode-se considerar o enredo shpossui na Figura 6G como áspero quando comparado com os resultados das medições estáticas. À medida que o sistema pode resolver estrutura tão pequeno como 10 nm, a rugosidade não parece ser proveniente do objecto. Uma possível explicação pode ser que o calor gerado pela fase de aquecimento perturba as interferências entre as duas ondas e afecta a frente de onda da onda objecto. Além disso, estudos dinâmicos foram realizados usando o CDHM em MEMS usando carga eléctrica 12 e esta rugosidade não parece aparece. O protocolo contém vários passos críticos, tais como o posicionamento da amostra vertical, a escolha da distância reconstrução, o método de reconstrução, de um ambiente livre de vibração e a qualidade das franjas no CCD. Para garantir um resultado confiável e estável, todas estas etapas devem ser realizadas com cuidado. Por exemplo, o percurso do feixe de objecto precisa de ser o mesmo que a referência de um, por exemplo, a distância de amostra para o sistema é críticopara obter padrões de franjas claras sobre o CCD. Além disso, a distância reconstrução numérica deve ser bem ajustada para assegurar que o holograma é reconstruído no plano de imagem. Por último, uma amostra com estrutura afiado maior do que metade do comprimento de onda do laser irá causar resultado fase não confiável. Na verdade, um salto de fase pode aparecer devido à fase erros desembrulhar. Estes resultados ilustram a capacidade do CDHM para efectuar as medições da profundidade 3D quantitativa de dispositivos MEMS. Com efeito, para a superfície reflectora como encontrado em MEMS e microelectrónica indústria, o CDHM é um sistema portátil que pode ser utilizado para medições no processo in situ, bem como a caracterização e inspeccionar dispositivos microssistema. Um estudo de validação mostra que os resultados obtidos pelo sistema são altamente fiáveis. O CDHM cobre uma área maior de digitalização e medições em tempo real pode ser executada. É uma grande vantagem em comparação com outras técnicas, como a AFM ou confocal microscópia que requer demorado digitalização. Para além dos resultados apresentados, o sistema pode dar informações preciosas em outros processos MEMS. Por exemplo, tem uma capacidade comprovada para medir processos muito rápidos usando imagens de média de tempo e intensidade de observar os modos de ressonância em dispositivos MEMS 11. O trabalho futuro vai se concentrar em imagens em tempo real, a mudança deflexão do cantilever MEMS sob carga elétrica.

Metrologia de micro e nano objetos é de grande importância para a indústria e pesquisadores. Na verdade, a miniaturização de objetos representa um novo desafio para metrologia óptica. sistemas micro eletro mecânicos (MEMS) são geralmente definidos tem miniaturizado sistemas eletromecânicos e normalmente compreende componentes, tais como micro-sensores, atuadores micro, microeletrônica e microestruturas. Ele encontrou muitas aplicações em diversos campos como a biotecnologia, medicina, comunicação e detecção 1. Recentemente, a crescente complexidade, bem como a miniaturização progressiva do objeto de teste apresenta apelo ao desenvolvimento de técnicas de caracterização adequados para MEMS. Fabricação de alto rendimento desses microsistemas complexos requer a implementação de técnicas de medição em linha avançados, para quantificar parâmetros característicos e defeitos relacionados causados ​​pelas condições do processo 2. Por exemplo, o desvio do parâmetro geométricatros em um dispositivo MEMS afeta as propriedades do sistema e tem de ser caracterizada. Além disso, a indústria exige desempenho de medição de alta resolução, tais como metrologia completa em três dimensões (3D), grande eld fi de vista, de alta resolução de imagem e análise em tempo real. Assim, é essencial para assegurar um controlo de qualidade e processo de controlo fiável. Além disso, exige que o sistema de medição para ser facilmente implementável numa linha de produção e, portanto, relativamente compacto para ser instalado em infra-estruturas existentes. A holografia, que foi introduzido pela primeira vez por Gabor 3, é uma técnica que permite a recuperação da informação quantitativa completa de um objecto através da gravação de interferência entre uma referência e uma onda de objecto para um meio fotossensível. Durante este processo conhecido como a gravação, a amplitude, fase e polarização de um campo são armazenados no meio. Em seguida, o campo de onda objecto pode ser recuperada, enviando o feixe de referência para o medio, um processo conhecido como a leitura óptica do holograma. Uma vez que um detector convencional só registra a intensidade da onda, a holografia tem sido um assunto de grande interesse nos últimos cinquenta anos, uma vez que dá acesso a informações adicionais sobre o campo elétrico. No entanto, vários aspectos da holografia convencional tornam impraticável para aplicações na indústria. Com efeito, materiais fotossensíveis são caros e o processo de gravação em geral exige um grau elevado de estabilidade. Avanços em sensores de câmera de alta resolução, tais como dispositivos de acoplamento de cargas (CCD) abriram uma nova abordagem para a metrologia digital. Uma dessas técnicas é conhecida como holografia digital de 4. Em holografia digital (DH), o holograma é gravado numa câmara (meio de registo) e processos numéricos são utilizados para reconstruir a informação de fase e intensidade. Tal como acontece com a holografia convencional, o resultado pode ser obtido após dois procedimentos principais: a gravação e de reconstrução, como mostrado na Figura 1. No entanto, se a gravação é semelhante à holografia convencional, a reconstrução é única numérica 5. O processo de reconstrução numérica é mostrado na Figura 2. Dois processos estão envolvidos no processo de reconstrução. Em primeiro lugar, o campo de onda objecto é recuperado a partir do holograma. O holograma é multiplicado com uma onda de referência numérico para chegar a frente de onda objeto no plano holograma. Em segundo lugar, a frente de onda objecto complexa é numericamente propagada para o plano da imagem. No nosso sistema, esta etapa é realizada usando o método de convolução 6. O campo reconstruída obtida é uma função complexa e, portanto, a intensidade de fase e pode ser extraída fornecer informação quantitativa sobre a altura do objecto de interesse. A capacidade de armazenamento de informação toda campo no método de holografia e o uso da tecnologia de computador para o processamento rápido de dados oferecem mais flexibilidade na configuração experimental e aumentar significativamente o speed do processo experimental, abrindo novas possibilidades para desenvolver DH como uma ferramenta metrológica dinâmico para MEMS e micro-sistemas 7,8. Uso de holografia digital na imagem de contraste de fase está agora bem estabelecida e foi apresentada pela primeira vez mais de dez anos atrás 9. Na verdade, a investigação de dispositivos microscópicos, combinando a holografia digital e microscopia foi realizada em diversos estudos 10, 11, 12, 13. Vários sistemas baseados em alta coerência 14 e baixa coerência 15 fontes, bem como diferentes tipos de geometria 13, 16, 17 (em linha, fora do eixo, caminho comum ...) têm sido apresentados. Além disso, de acordo holografia digital tem sido utilizada anteriormente para a caracterização do dispositivo MEMS 18, 19. No entanto, esses sistemas são geralmente difíceis de implementar e volumoso, tornando-os inadequados para aplicações industriais. Neste estudo, propomos um sistema compacto, simples e lente livre com base em off axis holografia digital capaz de inspecção MEMS tempo real e caracterização. O microscópio digital compacta Holographic (CDHM) é uma lente menos sistema holográfico digital desenvolvido e patenteado para obter a morfologia 3D de objectos especulares micro-size. No nosso sistema, a 10 mW, altamente estável, com temperatura controlada de laser de diodo operando a 638 nm, é acoplado numa fibra mono-modo. Como mostrado na Figura 3, o feixe divergente que emana a partir da fibra é dividida em uma referência e um feixe de objecto por um divisor de feixe. O caminho do feixe de referência compreende um espelho inclinado para realizar o eixo geométrico de folga. O feixe objecto é dispersa e refletida pela amostra. Os dois feixes interferir no CCD dando o holograma. O padrão de interferência impressa na imagem é chamada um veículo espacial e permite a recuperação da informação de fase quantitativa com apenas uma imagem. A reconstrução numérica é realizada utilizando um comum de Fourier transformar e algoritmo de convolução como STAted anteriormente. A configuração de lente-less tem várias vantagens tornando-o atraente. Como não há lentes são utilizados, o feixe de entrada é uma onda divergente proporcionando uma ampliação geométrica natural e, assim, melhorar a resolução do sistema. Além disso, é livre de aberrações encontradas em sistemas ópticos típicos. Como pode ser observado na Figura 3B, o sistema pode ser feito compacto (55x75x125 mm 3) e leve (400 g), e, portanto, pode ser facilmente integrado na linha de produção industrial.

<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.

O protocolo acima descrito foi concebido para inspeccionar e caracterizar MEMS e dispositivos usando o sistema Micro CDHM. No nosso sistema, uma fibra mono-modo é acoplado a um diodo de laser que opera num comprimento de onda 633 nm. Devido à configuração de feixe divergente, é importante fazer corresponder o feixe de objecto e percurso do feixe de referência, a fim de obter um holograma que pode ser reconstruído. Isto é conseguido através de posicionamento vertical cuidadosa da amostra em relação ao sistema. Na imagem de fase calculada envolvido, o número de franjas é reduzida a um mínimo, alterando a posição em altura do sistema. Assegura-se que os caminhos ópticos são comparados. A Figura 4 mostra o resultado obtido a partir de uma medição usando o CDHM após o posicionamento axial correcto da amostra. Os dados são obtidos em tempo real a partir de uma única imagem. Neste experimento, um alvo USAF que consiste em padrões de grade de diferentes altos e períodos é escolhido como amostra.Como explicado acima, o mapa de fase (Figura 4A) é extraído do holograma única imagem. Um gráfico de linha de um determinado padrão é mostrada na Figura 4A. A linha amarela (Figura 4A) representa o local da secção transversal sobre a amostra. Duas linhas de marcador verde são utilizados para estimar o valor absoluto da altura da amostra. A fim de validar os resultados do sistema holográfico digital, um microscópio de força atómica (AFM) investigação da amostra é efectuada. Uma secção transversal da mesma área de amostra é mostrado na Figura 4B. Para a mesma estrutura, uma diferença de altura de 2,1 nm é encontrada entre a AFM e a medição CDHM. Assim, a comparação entre os dois métodos demonstra a capacidade do CDHM. Para caracterizar especificamente um dispositivo MEMS, investigação estática 3D de um eléctrodo MEMS é levada a cabo. O dispositivo é feito de silício com eletrodos de ouro patterned usando um processo de decolagem. Geralmente, MEMS de silício baseados são fabricados utilizando métodos sensíveis, tais como gravura ou levante processo. Em ambos os casos, a capacidade de quantificar a alteração da morfologia da amostra durante o processo de fabrico é de grande importância. A Figura 5 mostra o resultado da medição para esta amostra. morfologia 3D Full da amostra podem ser observados. Uma área de cruzamento da linha de corte (Figura 5A) mostra o mapa de profundidade que pode ser utilizado para fins de inspecção. A profundidade do canal se encontra a ser 632 nm e a distância lateral entre os eléctrodos também é fornecida pela CDH mostrando que é capaz de proporcionar uma análise quantitativa 3D completa da amostra. Uma trama na outra dimensão (Figura 5B) exibe a rugosidade da superfície do eléctrodo provando que o CDHM também é adequado para medições da rugosidade. aplicações estáticas em caracterização MEMS são de gvalor reat mas a maioria dos processos interessantes exige inspeção dinâmica. Ao seleccionar métodos apropriados de registo, o sistema é capaz de CDHM dispositivos de inspecção e de caracterização micro para ambas as situações estáticas e dinâmicas. A Figura 6 mostra uma série de dados 3D de um micro diafragma obtidos a diferentes temperaturas. O diafragma foi fabricado por ligação de uma placa fina sobre uma SOI (silício sobre isolante) amostra de wafer. A amostra é colocada numa placa de aquecimento. A fim de medir a deformação térmica, a temperatura é variada de 50 ° C passos a partir de 50 ° C e até 300 ° C. A reconstrução numérica dos hologramas é feita para cada temperatura. O holograma de fase e à temperatura ambiente foi gravada previamente. Ele é utilizado como uma fase de referência. A subtração do estado deformado (carga térmica) eo estado de referência (temperatura ambiente) dá a mapas deformação. Assim, uma análise completa de campo da deformação térmica do d<html> iaphragm é obtida. A Figura 6G realça a deformação para as diferentes temperaturas. Neste caso, os gráficos de linhas revelam que a medição da rugosidade mostram significativa em comparação com resultados obtidos durante as medições estáticas. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig1.jpg" /> Figura 1. gravação holografia digital e sistema de processo de reconstrução. Esta figura mostra o detalhe do processo de dois passos para obter imagem tridimensional de um objecto. Uns desenhos animados de o processo de gravação e holograma resultante é mostrado. A partir do holograma, amplitude e fase (módulo 2π) do objecto são extraídos. A fase é desembrulhado para remover a ambiguidade 2π. A reconstrução 3D é então realizada. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> &quot;Fo: manter-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig2.jpg" /> Figura 2. Esquema detalhada do processo de reconstrução. Esta figura mostra uma vista esquemática do esquema de processo de reconstrução. O holograma digital é registada e a Fast Fourier Transform (FFT) da imagem é executada. Depois de selecionar informações úteis no espectro, a imagem é transformada de Fourier de volta. Em seguida, geração numérica do feixe de referência e propagação do holograma é simulado para recuperar a fase e amplitude do objeto de forma independente. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig3.jpg" /> Figura 3. Representação esquemática da configuração CDHM. Esta figura mostra uma representação esquemática da configuração CDHM ( <strong&gt; A) e uma fotografia dela (B). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig4.jpg" /> Figura 4. Comparação entre CDHM e Microscópio de Força Atômica (AFM) medida da altura de um alvo da força aérea dos EUA. Esta figura mostra os gráficos de linha de um alvo da força aérea US micro estrutura obtida usando o CDHM (A) e um microscópio de força atômica (AFM ) (B). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig4large.jpg" target="_blank">por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig5.jpg" /> Figura perfil e enredo 5. 3D de um MEMS el<html> dispositivos ectrode. resultados de medição um dispositivo de eletrodo MEMS de silício usando o CDHM. Gráfico de linha com marcadores verdes utilizados para estimar a profundidade da amostra a uma seção transversal em particular na direção x (A) e a direção y (B) e no campo inteiro mostrando resultado 3D (C). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma maior versão desta figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig6.jpg" /> Figura 6. o estudo das deformações de um micro diafragma sob carga térmica. As imagens mostram imagens de deformação em 3D de um micro diafragma sob variação de carga térmica (AF) e trama de linhas que mostra a evolução da deformação a uma secção transversal particular, (L).t = &quot;_ blank&quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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

Nós apresentamos um sistema holográfico digital compacta reflexão (CDHM) para inspeção e caracterização de dispositivos de MEMS. Um design de lente-less usando uma onda de entrada divergentes proporcionando ampliação geométrica natural é demonstrado. Ambos os estudos estáticos e dinâmicos são apresentados.

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope de Inspeção MEMS e Caracterização

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

JoVE Journal

Engineering

10.2K visualizações.  Nanyang Technological University.  Nós apresentamos um sistema holográfico digital compacta reflexão (CDHM) para inspeção e caracterização de dispositivos de MEMS. Um design de lente-less usando uma onda de entrada divergentes proporcionando ampliação geométrica natural é demonstrado. Ambos os estudos estáticos e dinâmicos são apresentados. 

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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.

Compactas pontos quânticos para uma única molécula de imagem

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

Engenharia

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.

Construção de um microscópio de alta resolução com recursos de captura óptica convencional e holográfico

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.

Real-Time DC-dinâmico método de polarização para a mudança de melhoria no tempo em Severamente subamortecido Fringing-campo eletrostático MEMS Atuadores

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.

Único plano Iluminação Módulo e Abordagem Micro-capilar por um microscópio Wide-campo

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.

Caracterização abrangente de Defeitos estendidos em Materiais Semicondutores por um Microscópio Eletrônico de Varredura

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.

Fabricação de sistemas 3D Microelectromecânicos de Carbono (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 ...

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.

Demonstração de um microscópio integrado Hyperlens e super resolução imagem

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.

Projeto e metodologia de caracterização para filtros de MEMS sintonizável eficiente gama

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.

Cepa intermediária taxa Material caracterização com correlação de imagem Digital

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).

Implementação de um microscópio não-linear baseado em espalhamento Raman estimulado

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