微纳测试

第一章

1、微纳米材料的三个特性是什么?

答：微尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应。

2、微纳测试的研究内容是什么，并解释其内涵

答：圆片级测试、管芯级测试和器件级测试。

MEMS圆片级测试主要解决MEMS在工艺线上制造过程中微结构与设计的符合性、微结构之间以及不同批次圆片间的一致性与重复性问题；

管芯级测试主要解决封装前微器件的成品率的测试问题；

器件级测试有两个方面的目的：其一是检测封装的质量，进行微器件的综合性能测试；另一方面则是考核微器件的可靠性，给出可靠性指标。

3、微纳测试方法有哪两大类

答：接触式测试与非接触式测试。

4、微纳测试仪器有哪几类

答：光学、电子学、探针等。

5、微纳测试的特点

答：被测量的尺度小，一般在微纳米量级；以非接触测量为主要手段。

第二章

1、试述光学法在微纳测量技术中的意义（同自动调焦法优点）

答：由于是非接触测量，因而对被测表面不造成破坏，可测量十分敏感或柔软的表面；测量速度高，能扫描整个被测表面的三维形貌，且能测量十分复杂的表面结构；用这种方法制成的测量仪器可用在制造加工过程中实现自动化测量。

2、可见光的波长范围

答：400~760nm

3、凸透镜成像的5种形式

答：形式1：当物距大于2倍焦距时，则像距在1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立、缩小的实像。此时像距小于物距，像比物小，物像异侧。应用：照相机、摄像机。

形式2：当物距等于2倍焦距时，则像距也在2倍焦距，成倒立、等大的实像。此时物距等于像距，像与物大小相等，物像异侧。

形式3：当物距小于2倍焦距、大于1倍焦距时，则像距大于2倍焦距，成倒立、放大的实像。此时像距大于物距，像比物大，物像异侧。应用：投影仪、幻灯机、电影放映机。

形式4：当物距等于1倍焦距时，则不成像，成平行光射出。

形式5：当物距小于1倍焦距时，则成正立、放大的虚像。此时像距大于物距，像比物大，物像同侧。应用：放大镜。

4、几何光学的成像原理、波动光学的成像原理

答：几何光学成像原理：在均匀介质中，光线直线传播；光的反射定律；光的折射定律；光程可逆性原理。

波动光学成像原理：光的干涉；光的衍射；光的偏振。

5、显微镜与望远镜的异同点

答：显微镜与望远镜的相同点：（1）都是先成实像，后成虚像（2）他们的目镜都相当于放大镜成正立放大虚像。

显微镜与望远镜的不同点：（1）显微镜的物镜相当于投影机成倒立放大实像；（2）望远镜的物镜相当于照相机成倒立缩小的实像（3）显微镜的放大倍数：物镜放大倍数乘以目镜放大倍数，而望远镜则不是。（4）显微镜物镜焦距小，目镜焦距大，望远镜物镜焦距大，目镜焦距小。简称—显物小，望物大

6、光学显微镜的分辨率是由目镜决定还是由物镜决定的，为什么

答：样品上的最小分辨距离，即分辨率，实际上是由物镜来决定的。

原因：物镜中的限制圆孔直接影响着形成衍射斑的大小，而圆孔的直径直接与物镜的直径相关：物镜的数值孔径（NA）决定着物镜中部衍射圆孔的大小。由最

小分辨率的公式可知，物镜的数值孔径越大，能够分辨的最小距离越短。

7、光学显微镜的放大倍数是由什么决定的

答：放大倍数为物镜和目镜的放大倍数之积。

8、什么是数值孔径，如何提高显微镜的分辨率

答：数值孔径N·A=n sina/2

数值孔径越大，分辨率越高，因此增加数值孔径、减小波长、将物镜浸液可以提高显微镜的分辨率。

9.利用波动光学可以形成哪些测试仪器

答：干涉仪、衍射仪、测量显微镜（劳埃德镜、迈克尔逊干涉仪、马赫-泽德干涉仪、泰曼-格林干涉仪、法布里-珀罗干涉仪等）

10、自动调焦法的优缺点

答：优点：由于是非接触测量，因而对被测表面不造成破坏，可测量十分敏感或柔软的表面；测量速度高，能扫描整个被测表面的三维形貌，且能测量十分复杂的表面结构；用这种方法制成的测量仪器可用在制造加工过程中实现自动化测量。

缺点：被测物体表面的反射光能力不同，用自动调焦法测量时，对被测物体表面的光反射度有要求，通常应大于2%

11、自动调焦法测量微位移的原理，与金刚石探针接触测量法相比，自动调焦法有哪些特点

答：原理：自动调焦法源于CD技术。由红外光二极管发出的激光束，经准直镜准直后成为一束平行光，该平行光又经能实现焦距跟踪功能的扫描物镜被聚焦在被测物的表面上。被测物表面所反射的发散光以和入射光相反的方向返回，其中一部分经分光镜分光后入射到聚焦检测器上，形成一个光点。该光点位置根据被测表面结构可能有3中不同情形：光点在检测器平面上、光点在检测器平面之前、光点在检测器平面之后。由上述两种离焦信号产生一个控制电平信号，用于驱动一个动圈式马达，使扫描物镜跟随运动，直至使扫描物镜能到达聚焦位置为止。物镜便能始终跟随被测物表面结构的轮廓，由此产生的垂直方向的位移经一个电感式位移传感器转变成测试信号被记录下来。

特点：与金刚石探针接触测量相比，自动调焦法的光点直径要小得多，因而能获取表面的十分细微的结构特征。由于自动测焦法是非接触测量，又是主动调节，因而较金刚石探针测量法，它响应更快，对外部振动较少敏感。

12、什么是三角法，它的用途什么，三角法测量分为哪两种

答：1）光学三角法是用一束激光经光学系统调节后照射到被测物体表面，形成

一小光斑，经被测物体表面反射后的光线通过成像物镜汇聚成像在光电探测器的光接收面上。被测点的位移信息由该光点在探测器的光接收面上所形成的像点位置决定。当被测物体移动时，光斑相对于物镜的位置发生改变，相应的其像点在光探测器接收面上的位置也将发生改变，根据其像点位置的变化和测量系统的结构参数可求出被测点的位移信息。由于入射光线和反射光线构成一个三角形，所以该方法被称为光学三角法。

2）测量被测表面的形貌

3）斜光学三角法和直光学三角法两种

13、三角法测量中有哪几种检测方案

答：一般有三种，位置敏感探测器（PSD）、CCD线阵探测器、差动式光电二极管。

14、影响三角法测量精度的因素有哪些

答：（1）表面粗糙度的影响（2）被测表面微结构的影响（3）散斑的影响

第三章

1、分辨力、分辨率、放大倍数的基本概念

答：分辨力：显示装置能有效辨别的最小的示差值

分辨率：显示分辨率（屏幕分辨率）是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的像素有多少。

放大倍数：像与物体的尺寸的比值

2、人眼、光学显微镜、透射电镜、电子扫描显微镜、探针显微镜的分辨力

答：人眼晴分辩率：0.1mm以上；光学显微镜极限分辩本领是光波的半波长：可见光最短0.4um(半波长：0.2um）；透射电镜:点分辨(0.3-0.5nm),晶格分辨(0.1-0.2nm)；电子扫描显微镜:(6-10nm)；探针显微镜:原子级(0.1nm)；

3、如何提高望远镜与显微镜的分辨率

答：对望远镜，λ不变，尽量增大透镜孔径D，以提高分辨率。

对显微镜，主要通过减小波长来提高分辨率。

4、显微镜的光学参数：放大倍数，工作距离，景深，视场

答：放大倍数：指物体经物镜、目镜两次成像后眼睛所能看到像的大小对原物体大小的比值。是物镜的横向放大率m与目镜的角放大率α的乘积。显微镜配有放大倍数不同的物镜和目镜，各厂家均已在物镜和目镜上标出各自的放大倍数，两者相乘即可。

工作距离：就是从物镜的前表面中心到被观察标本之间的距离。

景深：当显微镜调焦于某一物平面时，如果位于其前或后的物平面仍能被观察者看清楚，则该二平面之间的距离叫做景深。

视场：从显微镜中能看到的圆形范围叫视场(又叫视野)。

5、光学显微镜有哪几部分组成

答：光学显微镜一般由载物台、聚光照明系统、物镜，目镜和调焦机构组成。

6、激光扫描显微镜有哪两种工作模式

答：一种是自聚焦扫描方式，一种是共焦扫描方式。

7、简述共聚焦扫描显微镜的基本原理，并说明如何产生一副完整的图像

答：利用放置在光源后的照明针孔和放置在检测器前的探测针孔实现点照明和点探测，来自光源的光通过照明针孔发射出的光聚焦在样品焦平面的某个点上，该点所发射的荧光成像在探测针孔上，该点以外的任何发射光均被探测针孔阻挡。