The authors have no acknowledgements.

Ölçme 1. Ön Hazırlık Not: Deney için kullanılan örnek bir MEMS elektrottur. Altın elektrotlar asansör kapalı işlemini kullanarak bir silikon yonga üzerine üretilmektedir. Numune 1 mm dönemi ile periyodik yapılar (elektrotlar) ile 18 mm x 18 mm gofret olduğunu <ol><li> sistemini kullanmadan önce defterine oturum açın. </li><li> Bilgisayar, LAZER ve çeviri sahne açın. </li><li> MEMS elektrot / mikro diyafram örnek yerleştirin. <ol><li> Bir cımbız kullanarak numune tutucu ortasında MEMS örnek yerleştirin. </li><li> ışın yolu elektrotlar yerleştirmek için örnek tutucu ayarlayın. Görüş maksimum ölçüm alanı kamera sensör boyutu ile tanımlanır. Bu 2.3 mm x 1.8 mm bir dikdörtgendir. </li></ol></li><li> Dikey yönde motorlu sahne kullanarak, approximatively 1,5 cm uzakta numuneden sistemi taşımak. </li></ol> 2. Yazılım Ayarları Ayarı <ol><li> 3b görünüm açyazılım. 3b görünüm C ++ geliştirilen bizim in-house programıdır. </li><li> Deney için uygun kamerayı seçmek için görüntüleme kaynak düğmesine tıklayın. monokrom CCD kamera seçin. monokromatik diyot lazer kullanılmaktadır yılından bu yana kurulumunda renkli kamera kaçının. renk kameralar kullanarak ek olarak, piksel aynı sayıda, çözünürlük düşük olacaktır. <ol><li> Cihaz ayarları sekmesinde seçin Y800 (1.280 x 960) video formatı ve ikinci bir video oranı 15 kare. </li></ol></li><li> Kamerayı başlatmak için sarı play butonuna tıklayın. baskılı saçak desenleri (Hologram) ile nesnenin görüntüsü görünmelidir. <ol><li> Gerekirse görüntü doygunluğu önlemek için optimum kazanç ve pozlama parametrelerini ayarlayın. </li></ol></li><li> canlı video penceresi kamera görünümünü kullanarak, örnek üzerinde araştırmak için tam alanı seçmek için örnek konumunu ayarlamak. </li><li> Açık ayarları sekmesi. <ol><li> Yapılandırma sekmesinde, (yansıtıcı veya şeffaf) la, dalga boyu yüzeyinin türünü seçinKameranın ser, ve piksel boyutu. Lazer 633 nm çalışan bir diyot lazer. Kameranın piksel boyutu 4650 nm. Numune, yansıtıcı mod seçilmelidir aynasal MEMS elektrot cihazdır. Not: CDHM yapılandırma sadece yansıtıcı yüzeyler ölçülür sağlar. Ancak, program, aynı zamanda farklı bir dijital holografi sistemi 13 kullanıldığı zaman, şeffaf örnekleri ölçmek için kullanılabilir. Bu ortamda bir değişiklik aşamasından yüksekliği hesaplama formülü değiştirir. o nesne kırılma indeksi içerir Nitekim, optik yol farkı hesaplama şeffaf numuneler için biraz farklıdır. </li><li> Konvolusyon rekonstrüksiyon algoritması seçin ve sıfıra yeniden mesafeyi ayarlayın. 1 ya da 2 yeniden yapılanma adımı seçin. Not: yeniden mesafesi parametre hologram elde edilen yoğunluk görüntüsünü dikkate alınarak otomatik odaklama ile daha sonra tanımlanabilir. yeniden adım sayısını tanımlarFresnel integrali uygulamak ve ışın yayılımı simüle etmek için kullanılan adımlar. İlk yöntem, tek bir Fourier Dönüşümü bir kez ayrılmaz değerlendirmek. 2 Bir adım iki ayrılmaz değerlendirecektir. Bu ızgara aralığı daha fazla esneklik katar ancak hesaplama 20 daha az verimlidir. </li><li> sonrası işleme sekmesinde, nihai açılmamış bir görüntü elde etmek için gerekli unwrapping algoritmasını seçin. Seç kalite algoritması eşleştirilmiş. Not: Yazılımda, Goldstein ve Kalite arasındaki seçim algoritması Haritalı yapılabilir. Daha sonra unwrapping sağlam ve hızlı mekansal faz göstermiştir. Kalite eşlenen algoritma 21 de tarif edildiği gibi unwrapping destekli faz dayanır. </li></ol></li></ol> 3. Veri Toplama <ol><li> Fourier Fourier spektrum penceresini açmak için simgeye dönüştürmek basın. Bir 0 düzen ve iki 1, -1 emir görünmelidir. Bu durum söz konusu değilse, numune doğru pozisyonda olup olmadığını kontrol edin ve bir kazanç ayarlamaYine d maruz kalma süresi. </li><li> Canlı ölçüm modunu durdurmak. Filtre aracını kullanarak kırınan siparişler (pozitif veya negatif frekans) birini seçin. Seçilen alan faz alımı için gerekli olan tüm frekanslarda, bu yüzden bu kadar büyük olmalıdır. Yine canlı modda açın. Not: Negatif düzenin seçimi sadece, yani nihai sonuca, faz işareti etkileyecek, nihai 3D görüntü ters olacaktır. </li><li> Faz penceresini açın. Çizelgesi modu etkin olup olmadığını kontrol edin. sarılmış saçaklar ile baskılı nesnenin gri faz görüntüsü görünmelidir. </li><li> Faz görüntüdeki saçaklar sayısını azaltmak için motorlu dikey sahne yararlanın. sadece 1 veya 2 saçaklar resmin üzerine bırakıldığında, motorlu sahne durdurun. Not: Sistem interferometriye dayanmaktadır. Böylece titreşim duyarlıdır. sarılmış faz görüntü agai görünmeden önce z yönünde motorlu sahne taşındıktan sonra, kullanıcı 1 veya 2 sn beklemeniz gerekirn. Istikrarlı bir faz görüntü elde etmek için ölçüm sırasında titreşimleri önlemek için de önemlidir. </li><li> En iyi rekonstrüksiyon mesafeyi bulmak için otomatik odak 22 düğmesini tıklayın. Bir yoğunluk görüntü keskin ve net görünene kadar optimum yeniden mesafeyi yaklaşım otofokus birkaç kez kullanmanız gerekebilir. 22 anlatıldığı gibi otofokus verimli ve zaman etkili açısal spektrum yöntemine dayanmaktadır. Not: Odak kaydırma çubuğu ince ayar için kullanılabilir. Ardından, mevcut imar mesafe kaydetmek için merkez odak butonuna tıklayın. En iyi odak otofokus seçeneği ile bulunmazsa bazen görünür. Bu durumda, el ile giriş imar mesafesi en odak bulmak için. </li><li> Unwrapping düğmesine tıklayarak Çizelgesi faz görüntüyü görmek için açılmamış modunu etkinleştirin. </li></ol> Statik Ölçümü için 4. Veri Görselleştirme ve Analizi <ol><li> Nihai 3D görmek için 3D görüntü penceresini açınörnek görüntüsü. (Döndürme, renk haritası, ölçek ekran ...) nihai sonucu gözlemlemek için mevcut seçenekleri kullanın. </li><li> örtüşmeyen olarak pencereleri düzenlemek ve tüm ölçümler pencereleri görüntülemek için çini pencere butonuna tıklayın. </li><li> adlı kullanıcıya faz resmin üzerine ilgi bir alanda bir çizgi çizmek için çizgi cetveli kullanın. Çizgi taslağı penceresinde, ilgi alanı bir kesit profili grafiği görülmektedir. Nesne (Şekil 5) yaklaşık bir yüksekliğe çıkarmak için iki yeşil hat işaretçileri kullanın. Yüzey pürüzlülüğü numunenin düz tepe kısmında elde edilebilir. </li><li> Gerekirse diğer yazılım ithal etmek JPEG formatında son aşaması görüntü kaydetme. </li></ol> Dinamik Ölçüm Numune ve Veri Analizi 5. Hazırlık <ol><li> bir ısıtma istasyonu plaka üzerinde mikro diyafram yerleştirin. Deney sona erene kadar numune plaka kaldırılır olmayacaktır. </li><li> MICR bir hologram kayıtO diyafram bölüm 2 ve 3 Bu şekil analizi için referans olarak kullanılacaktır, yukarıda tarif edilen prosedür takip edilerek çevre sıcaklığında karıştırılmıştır. </li><li> bilgisayardaki faz verileri kaydetmek. </li><li> laboratuvar ısıtma plakası açın. </li><li> Sıcaklık düğmeyi kullanarak, 300 ° C&#39;ye kadar 50 ° C ila 50 ° C &#39;lik adımlarla sıcaklığına göre değişir. Her sıcaklık adımı için, JPEG formatında faz harita görüntüsünü kaydedin. </li><li> deformasyon veri elde etmek için kaydedilen diğer faz haritadan başlangıç ​​ortam sıcaklığı faz haritası çıkarma. Not: Bu yazı işleme adımı basit MATLAB kodu ile gerçekleştirilebilir. Elde edilen farklı fazlar MATLAB yüklenir ve basit matris çıkarma yapılır. Daha sonra, farklı deformasyonun aşamalarının kesit çizimleri elde edilebilir. </li></ol>

<ol>
	<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.

Bu derlemede, doğru dijital holografi dayanarak bir kompakt sistem kullanılarak farklı MEMS cihazlarının kantitatif morfolojisi kurtarmak için bir protokol sağlar. Statik ve dinamik modda MEMS gösterilmektedir. Bir mikro kanal MEMS Kantitatif 3D verileri elde edilir. sisteminin doğruluğunu onaylamak için, sonuçlar CDHM ve AFM arasında karşılaştırıldı. İyi bir anlaşma dijital holografi 3D görüntüleme için güvenilir bir teknik olabilir yani bulunmuştur. Sonuçlar sistemi 10 nm derinlik rezolusyonu yeteneğine sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, mikro kanal üzerinde elde edilen sonuçlar örnek morfolojisi MEMS imalat işlemi sırasında kontrol edilebilir sistem MEMS kullanılabilir olduğunu gösterir. Buna ek olarak, CDHM kullanılarak elde büyütme MEMS boyutu (4.2 x) için kullanılacak gereken karşılık gelmektedir. Sistem, aynı zamanda, tam alan ölçme yeteneğine sahiptir. Bu com önemli bir varlık zaman olduğuUzun tarama ölçümü gerektiren böyle konfokal mikroskopi tipik MEMS denetim için kullanılan tekniklere pare. Buna ek olarak, sistemin yanal çözünürlük kolayca olabilir UV lazer kırmızı diyot lazer değiştirerek geliştirmek. Son olarak, sistemin yüksek hassasiyet pürüzlülük ölçümleri sağlar. Bir mikro diyafram Dinamik ölçüm CDHM termal ya da elektrik yükleme uygulandığında MEMS cihazlarda deformasyon gözlemlemek için uygun bir araç olduğunu ortaya koymaktadır. deformasyon haritası oluşturmak için bir çift pozlama yöntemini kullanarak, bir mikro diyafram dinamik deformasyon çalışması yapılır. Bir diyafram şekli dikkatle gerçek zamanlı olarak izlenebilir görebilirsiniz. 3D morfolojisi tek görüntü kullanılarak hesaplanır çünkü bu sonuç mümkündür. Ancak farklı statik ölçümler sırasında gözlenmiştir ne, termal yük kullanarak dinamik ölçüm anormal kaba profilini gösterir. Gerçekten de, bir çizgi arsa sh düşünebilirizStatik ölçüm sonuçlarına göre kaba olarak Şekil 6G içinde kendi. 10 nm kadar küçük bir yapı çözebilir sistemi olarak, pürüzlülük nesneden geliyor görünmüyor. Olası bir açıklama, ısıtma aşamasında tarafından üretilen ısı, iki dalga arasındaki müdahaleleri bozan ve nesne dalga wavefront etkilediğini olabilir. Ayrıca, dinamik çalışmalar, elektrik yükünü 12 ile MEMS ilgili CDHM kullanılarak gerçekleştirilmiştir ve bu pürüzlülük görünür görünmektedir etmez. protokol böyle örnek dikey konumlandırma, imar mesafe seçimi, rekonstrüksiyon yöntemi, bir titreşim özgür bir ortamda ve CCD saçaklar kalitesi gibi pek çok kritik adımlar içerir. güvenilir ve istikrarlı bir sonuç sağlamak için, tüm bu adımlar dikkatle yapılmalıdır. Örneğin, nesne ışın yolu sisteme örnek mesafesi önemlidir, örneğin referans biri, aynı olması gerekirCCD net saçak desenleri elde etmek. Ayrıca, sayısal imar mesafesi de hologram görüntü düzleminde yeniden sağlamak için ayarlanabilir olmalıdır. Son olarak, lazerin dalga boyunun yarısından daha yüksek keskin yapısı ile örnek bir güvenilmez faz sonucu neden olur. Gerçekten de, bir faz atlama unwrapping hataları faz nedeniyle görünebilir. Bu sonuçlar CDHM kabiliyeti MEMS cihazlarının 3D kantitatif derinlik ölçümlerini gerçekleştirmek için göstermektedir. Gerçekten de, MEMS ve mikro sektöründe karşılaşılan gibi yansıtıcı bir yüzey sağlamak için, CDHM karakterize etmek ve mikrosistem cihazları kontrol hem de in situ işlemi ölçümler için kullanılan portatif bir sistemdir. Bir doğrulama çalışması sistemi ile elde edilen sonuçlar son derece güvenilir olduğunu göstermektedir. CDHM büyük tarama alanı kaplar ve gerçek zamanlı ölçümleri yapılabilir. Bu tür AFM veya konfokal MICROS gibi diğer tekniklere göre önemli bir avantajdırzaman alıcı tarama gerektirir kopyası. sonuçlarına sunulan ek olarak, sistem diğer MEMS süreçlerinde değerli bilgi verebilir. Örneğin, MEMS cihazları 11 rezonant modları gözlemlemek için ortalama süresi ve yoğunluğu görüntüleri kullanarak, çok hızlı süreçleri ölçüm kanıtlanmış bir yeteneği vardır. Gelecekteki çalışmalar gerçek zamanlı görüntüleme elektrik yükü altında MEMS konsolun sapma değişikliğini yoğunlaşacaktır.

mikro ve nano nesnelerin Metroloji sanayi ve araştırmacılar açısından büyük önem taşımaktadır. Gerçekten de, nesnelerin minyatür optik metroloji için yeni bir sorun teşkil etmektedir. Genellikle tanımlanan Mikro elektro mekanik sistemler (MEMS) elektromekanik sistemler minyatür ve genellikle mikro sensörler, mikro aktüatörler, mikroelektronik ve mikroyapılar olarak bileşenleri içermektedir gelmiştir. Böyle biyoteknoloji, tıp, iletişim ve 1 algılama gibi çeşitli alanda birçok uygulama bulmuştur. Son zamanlarda, artan karmaşıklık yanı sıra test nesnesinin ilerici minyatür MEMS için uygun karakterizasyon tekniklerinin geliştirilmesi çağrısını sahiptir. Bu karmaşık mikrosistemlerin yüksek verim üretim karakteristik parametreleri ve proses koşullarına 2 yol açtığı ile ilgili kusurları ölçmek için, gelişmiş satır içi ölçüm tekniklerinin uygulanmasını gerektirir. geometrik param Örneğin, sapmaolan bir MEMS cihazında etreleri sistem özelliklerini etkiler ve karakterize edici özelliği olması gerekir. Buna ek olarak, sanayi gibi tam üç boyutlu (3D) metroloji, görünümü, yüksek görüntüleme çözünürlüğü büyük fi eld, ve gerçek zamanlı analizi gibi yüksek çözünürlüklü ölçüm performansı gerektirir. Bu durumda, kalite kontrol ve denetim işlemi güvenilir sağlamak için gereklidir. Ayrıca, mevcut altyapılar yüklü olması bir üretim hattı üzerinde kolayca uygulanabilir ve böylece nispeten kompakt olmasını ölçüm sistemi gerektirir. İlk Gabor 3 tarafından tanıtıldı Holografi, bir referans ve bir ışığa ortama bir nesne dalga arasındaki parazitleri kaydederek bir nesnenin tam nicel bilgilerin giderilmesini sağlar bir tekniktir. kayıt olarak bilinen bu işlem sırasında, bir alanın amplitüd, faz ve polarizasyon ortamında saklanır. Sonra nesne dalga alan üstüme referans ışını gönderilerek elde edilebilirdium, hologram, optik okuma olarak bilinen bir proses. geleneksel bir dedektör sadece dalga şiddeti kaydeder beri, holografi elektrik alanında ek bilgilere erişim sağlar bu yana geçen elli yıl içinde büyük ilgi çeken bir konu olmuştur. Bununla birlikte, geleneksel holografi çeşitli yönleri sanayi uygulamaları için kullanışsız hale. Gerçekten de, ışığa duyarlı malzemeler pahalıdır ve kayıt işlemi genel olarak bir denge yapılması gereklidir. Böyle ücret birleştiğinde cihaz (CCD) gibi yüksek çözünürlüklü kamera sensörleri ilerlemeler dijital metroloji için yeni bir yaklaşım açtı. Bu tekniklerden biri dijital holografi 4 olarak bilinmektedir. Dijital Holografi (DH) hologram kamera (kayıt ortamı) üzerine kaydedilir ve sayısal işlemler aşaması ve yoğunluk bilgilerini yeniden kullanılır. Fi gösterildiği gibi kayıt ve yeniden: Konvansiyonel holografi olduğu gibi, sonuç iki ana işlemlerden sonra elde edilebilirKayıt geleneksel holografi benzer olup olmadığını şekil 1. Ancak, imar 5 sadece sayısal olduğunu. Sayısal rekonstrüksiyon işlemi Şekil 2&#39;de gösterilmiştir. İki prosedürler yeniden inşa sürecine dahil olmaktadır. Birincisi, nesne dalga alan hologram alınır. Hologram hologram düzleminde nesne wavefront almak için sayısal referans dalga ile çarpılır. İkincisi, karmaşık nesne Wavefront sayısal görüntü düzlemine yayılır. Sistemimizde, bu adım konvolüsyon yöntem 6 kullanılarak gerçekleştirilir. Elde edilen yeniden alan karmaşık bir fonksiyon ve böylece faz ve yoğunluğu ilgi nesne üzerinde nicel yükseklik bilgi veren elde edilebilir olduğunu. holografi yöntemiyle bütün saha bilgi depolama kapasitesi ve hızlı veri işleme için bilgisayar teknolojisinin kullanımı deneysel yapılandırmaya daha fazla esneklik sunar ve anlamlı Spee artırmakyeni olanaklar açılması deneysel sürecin d MEMS ve mikro sistemlerin 7,8 için dinamik bir metrolojik araç olarak DH geliştirmektir. Faz kontrast görüntüleme dijital holografi kullanılması artık iyi bilinmektedir ve ilk on yıldan fazla önce 9 sunuldu. Nitekim, dijital holografiyi ve mikroskopi birleştirerek mikroskobik cihazların araştırılması birçok çalışmada 10, 11, 12, 13 yapılmıştır. Yüksek tutarlılık 14 ve düşük tutarlılık 15 kaynağa göre çeşitli sistemler yanı sıra geometri 13, 16 farklı türde, 17 (çizgi, eksen, ortak yolu kapalı ...) sunulmuştur. Buna ek olarak, gelen sayısal holografi MEMS cihazının 18, 19 karakterizasyonu daha önce kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu sistemler, genel olarak uygulanması zor ve hacimlidir endüstriyel uygulamalar için uygun olmayacak hale getirmeyecek. Bu çalışmada, biz kapalı axi tabanlı ücretsiz, kompakt, basit ve lens sistemi öneriyoruzGerçek zamanlı MEMS muayene ve karakterizasyonu için dijital holografi yetenekli s. Kompakt Dijital Holografik mikroskobu (CDHM) bir mercek daha az dijital holografik sistem geliştirildi ve mikro boyutlu yansıtıcı nesnelerin 3D morfolojisi elde etmek patentli olduğunu. Sistemimizde, 10 mW olarak, son derece istikrarlı, 638 nm çalışan ısı kontrollü diode lazer mono-modlu fiber içine bağlanır. Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, lif çıkan ayrılan ışını bir ışın dağıtıcı aracılığı ile, bir referans ve bir amacı, kiriş ayrılmıştır. Referans ışın yolu kapalı eksen geometri gerçekleştirmek için bir eğik ayna içerir. nesne ışın dağınık ve numune ile yansıtılır. iki ışın hologramı veren CCD müdahale. görüntü üzerine basılmış girişim deseni mekansal taşıyıcı denir ve sadece tek bir görüntü ile kantitatif faz bilgilerinin kurtarma izin edilir. Sayısal rekonstrüksiyon ortak Fourier dönüşümü ve sta olarak evrişim algoritması kullanılarak yapılırDaha önce ted. mercek az yapılandırma cazip hale birçok avantajı vardır. Hiçbir lensler kullanıldığı gibi, giriş ışın genişleyen bir dalga doğal geometrik büyütme sağlayan ve böylece sistem çözünürlüğü artırmak olduğunu. Ayrıca, tipik optik sistemlerde karşılaşılan sapmaları ücretsizdir. Şekil 3B&#39;de görüldüğü gibi, sistem kompakt (55x75x125 mm 3) hafif (400 g) yapılabilir, ve bu nedenle kolayca endüstriyel üretim hatlarına entegre edilebilir.

<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.

Yukarıda tarif edilen protokol incelemek ve CDHM sistemi kullanılarak MEMS ve Micro Devices karakterize etmek için tasarlanmıştır. Sistemimizde, tek modlu fiber 633 nm dalga boyunda çalışan bir diyot lazer kuple edilir. Nedeniyle ayrılan kiriş konfigürasyonuna için, yeniden inşa edilebilir bir hologram elde etmek için nesnenin ışın ve referans ışın yolu eşleştirmek için önemlidir. Bu sisteme göre, numunenin dikkat dikey konumlandırma yoluyla elde edilir. Hesaplanan sarılmış faz görüntüde, saçaklar sayısı sistem yüksekliği konumunu değiştirerek minimuma indirilir. Bu optik yollar eşleştirilir sağlar. Şekil 4, örnek doğru eksenel konumlandırma sonra CDHM kullanarak bir ölçümünden elde edilen sonuçları göstermektedir. Veriler tek bir görüntü, gerçek zamanlı olarak elde edilmektedir. Bu deneyde, farklı yüksek ve dönemlere ait ızgara desenleri oluşan bir USAF hedef bir örnek olarak seçilmiştir.Yukarıda açıklandığı gibi, faz harita (Şekil 4A) tek bir görüntü hologram elde edilir. Belirli bir desen bir kesişme Şekil 4A&#39;da gösterilmiştir. San bir hattı (Şekil 4A) numune üzerinde kesit yeri temsil eder. İki yeşil işaretleyici hatları örnek yüksekliği mutlak değerini tahmin etmek için kullanılır. Dijital holografik sisteminin sonuçlarını doğrulamak için, numunenin bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) soruşturma yürütülmektedir. Aynı örnek alan bir kesit Şekil 4B&#39;de gösterilmiştir. Aynı yapı için, 2.1 nm yükseklik farkı AFM ve CDHM ölçümü arasında bulunmuştur. Bu durumda, iki yöntem arasındaki karşılaştırma CDHM yeteneğini göstermektedir. Özel olarak, MEMS cihazı karakterize etmek için, bir MEMS elektrot 3D statik incelemesi yapılmaktadır. Cihaz altın elektrotlar Patt ile silikondan yapılmıştırbir asansör kapalı işlemini kullanarak erned. Genellikle, silikon bazlı MEMS gibi aşındırma gibi hassas yöntemlerle veya süreç kaldırın üretime dayanır. Her iki durumda da, imalat işlemi sırasında numune morfolojik değişim sayısal yeteneği büyük bir önem taşımaktadır. 5, bu örnek için ölçüm sonucunu göstermektedir. örnek bir 3 boyutlu morfolojisi gözlenebilir. Bir kesit hattı (Şekil 5A) plot denetim için kullanılabilir derinliği haritasını gösterir. kanal olup, derinliği 632 nm olarak bulunmuştur ve elektrotlar arasındaki yanal mesafe de örnek tam bir niceliksel 3 boyutlu analiz sağlama yeteneğine sahip olduğunu gösteriyor CDH tarafından sağlanır. Diğer boyut (Şekil 5B) bir arsa CDHM da pürüzlülük ölçümleri için uygun olduğunu kanıtlayan elektrotun yüzey sertliğine sergiler. MEMS karakterizasyonu statik uygulamalar g olanreat değer ama ilginç süreçlerin en dinamik kontrol gerektirir. Uygun kayıt yöntemlerini seçerek, CDHM sistemi, statik ve dinamik durumlarda hem de kontrol ve karakterizasyonu Micro Devices, yeteneğine sahiptir. 6 farklı sıcaklıklarda elde edilen bir mikro diyaframın 3D veri bir dizi göstermektedir. diyafram SOI (yalıtkan üzerinde silikon) gofret numune üzerine ince bir plaka yapıştırılarak imal edilmiştir. Örnek bir ısıtma plakası üzerine yerleştirilir. termal deformasyon ölçmek için, sıcaklık 50 ° C olarak değiştirilir 50 ° C&#39;de başlayan ve adımlar 300 ° C&#39;ye kadar. hologram sayısal yeniden Sıcaklıkların gerçekleştirilir. ortam sıcaklığında hologram ve faz önceden kaydedilmiştir. Bu referans fazı olarak kullanılır. deforme devlet (ısı yükü) ve referans devlet (ortam sıcaklığı) çıkarma deformasyon haritaları verir. d termal deformasyon Böylece tam saha analizi<html> iaphragm elde edilir. Şekil 6G, farklı sıcaklıklar için deformasyon ortaya koymaktadır. Bu durumda, hat araziler ölçüm statik ölçümler sırasında elde edilen sonuçlara kıyasla önemli pürüzlülük gösterdiğini de ortaya koymaktadır. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig1.jpg" /> Şekil 1. Dijital holografi kayıt ve yeniden yapılanma süreci şeması. Bu şekil, bir nesnenin üç boyutlu görüntü elde etmek için iki kademeli bir yöntem ayrıntısını göstermektedir. Kayıt işlemi ve elde edilen hologram bir karikatür gösterilmiştir. Nesnenin hologram, genlik ve faz (modülo 2π) elde edilir. Faz 2π belirsizlik çıkarmak için unwrapped edilir. 3 boyutlu rekonstrüksiyon sonra yapılır. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> &quot;Fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53630/53630fig2.jpg" /> Yeniden yapılanma sürecinin 2. Ayrıntılı düzeni Şekil. Bu rakam, yeniden işlem şemasının bir şemasını göstermektedir. Dijital hologram görüntüsü yapılır ve (FFT) kaydedildi ve Hızlı Fourier Dönüşümü edilir. spektrumda yararlı bilgiler seçtikten sonra, görüntü Fourier geri Dönüştürülmüş edilir. Sonra referans kiriş ve hologramın yayılma sayısal nesil bağımsız. Nesnenin faz ve genlik almak için simüle <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig2large.jpg" target="_blank">bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53630/53630fig3.jpg" /> CDHM kurulum Şekil 3. şematik. Bu rakam CDHM kurulum şematik bir (gösterir <strong&gt; A) ve onun (B bir fotoğraf). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53630/53630fig4.jpg" /> CDHM ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) bir ABD hava kuvvetleri hedef yüksekliği ölçümü arasındaki Şekil 4. karşılaştırılması. Bu rakam (AFM mikro yapı CDHM (A) ve bir Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanılarak elde edilen bir ABD hava kuvvetleri hedeften hat planlarını göstermektedir ) (B). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53630/53630fig5.jpg" /> Bir MEMS el Şekil 5. 3D profili ve çizgi arsa<html> ectrode cihazları. CDHM kullanılarak silikon MEMS elektrod tertibatının ölçüm sonuçları. 3D sonuç (C) gösteren yeşil x yönünde (A) belirli bir kesitte numunenin derinliğini tahmin etmek için kullanılan belirteçler ve y yönünde (B) ve bütün alan görüntü ile hat arsa. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53630/53630fig5large.jpg" target="_blank">Bir büyük görmek için tıklayınız Bu rakamın sürümü.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/53630/53630fig6.jpg" /> Termal yük altında bir mikro diyaframın 6. Deformasyon çalışması Şekil. Resimler ısı yükü (AF) ve belirli bir kesitte (G) de deformasyon evrimini gösteren çizgi arsa değişen altında bir mikro diyafram 3D deformasyon görüntüleri göstermek.t = &quot;_ blank&quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Watch this Scientific Journal Video about Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization at JoVE.com

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

Biz MEMS cihazlarının muayene ve karakterizasyonu için kompakt bir yansıma dijital holografik sistemini (CDHM) sunuyoruz. Doğal geometrik büyütme sağlayan uzaklaşan giriş dalga kullanan bir lens daha az tasarım gösterilmiştir. Hem statik ve dinamik çalışmalar sunulmuştur.

MEMS Muayene ve Karakterizasyonu için kompakt Lens az Dijital Holografik Mikroskop

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

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

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

10.2K Görüntüleme.  Nanyang Technological University.  Biz MEMS cihazlarının muayene ve karakterizasyonu için kompakt bir yansıma dijital holografik sistemini (CDHM) sunuyoruz. Doğal geometrik büyütme sağlayan uzaklaşan giriş dalga kullanan bir lens daha az tasarım gösterilmiştir. Hem statik ve dinamik çalışmalar sunulmuştur. 

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

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.

Tek molekül Görüntüleme için kompakt Kuantum Noktaları

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

Mühendislik

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.

Geleneksel ve Holografik Optik Yakalama Yetenekleri ile bir Yüksek Çözünürlüklü Mikroskop İnşaatı

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-dinamik Öngerilimlenmesi Yöntem Ciddi Underdamped saçak-alanında Elektrostatik MEMS Eyleyiciler Zaman İyileştirme Anahtarlama

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.

Tek Düzlem Aydınlatma Modülü ve geniş alan Mikroskop Mikro-kılcal Yaklaşım

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.

Bir Tarama Elektron Mikroskobu tarafından Yarıiletken Malzemelerin Genişletilmiş Kusur Kapsamlı Karakterizasyonu

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 Karbon Mikroelektromekanik Sistemlerin (C-MEMS) İmalatı

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.

Gösteri bir mikroskop Hyperlens entegre ve süper kararlılık düşsel

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.

Tasarım ve karakterizasyon yöntemleri verimli geniş sıra Tunable MEMS filtreler için

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.

Dijital görüntü korelasyon ile orta gerilim oranı malzeme karakterizasyonu

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).

Stimululated Raman saçılma dayalı doğrusal olmayan mikroskop uygulanması

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