微纳测试题答案

1什么是微纳米技术？
微纳米技术是指通过在微纳米尺度范围内对物质的控制来创造并使用新的材料、装置和系统。

2微纳米测量技术的特点？
微纳米测量技术是指针对微纳米和维系统技术领域的测量技术
特点：1被测量的尺度小，一般在微纳米量级2以非接触测量为主要手段
3微纳米测量主要方法
测试方法：（光学测试：）自动调焦法、光学三角法、条纹投影法、莫尔条纹法、光学干涉测量法等
（显微测试：）光学显微测量法、激光扫描显微测量法、扫描电子显微镜测量法、原子力显微测量法等
4自动调焦法测量表面微结构尺寸时的优点（光学法在微纳米测量技术中的意义）：
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
5与金刚石探针接触测量相比，自动调焦法有哪些特点？
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。

6什么是三角法？
三角法是利用通过一段已知长度的基本距离来测量到达一个被测物点的角度，并由此确定到它的距离的原理，通过光学方法进行几何尺度测量的方法。

主要用途是测量被测物表面到测量基准点的距离，并通过几何关系求的一维及表面三维形貌。

7影响三角法测量精度的因素
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
8电子束与固体表面作用时会产生那些信号？这些信号各有什么用途？
入射电子损失的能量可能会激发样品发射携带样品成分信息的信号，如二次电子、俄歇电子、X射线等。

二次电子与背反射电子用扫描电子显微术(SEM)分析；绕散射电子和透射电子用透射电子显微术(TEM)分析；俄歇电子、荧光、特征X射线和非弹性散射电子分别用俄歇电子谱(AES)、阴极发光谱(EDS)和电子能量损失谱(EELS)等技术分析
9原子力显微镜有哪三种工作模式？
接触模式（排斥力）、非接触模式（吸引力）、间断接触模式（轻敲）
10 MEMS结构中应力与应变的测量方法：1谐振频率法2加载变形法3临界挠曲法4结构位移法5旋转指针法6硅片弯
曲法7 X射线衍射（XRD）法8拉曼光谱法
11 MEMS材料机械特性的测试与宏观材料特性的测试有什么区别？主要难点体现在哪些方面？
MEMS中的微机械器件通常都使用硅和其他一些薄膜材料，但随着其发展，使我们需要更好的了解材料的机械特性。

材料断裂长度和缺陷尺寸有很大关联，随着研究深入，对材料的特性数据要求更高了。

主要问题：1如何制作合适的微尺寸样件2用何种方法直接测量样件，是的结果能代表MEMS系统中是实际使用的微机械器件及其工作应力状态
12 表面的微观形貌主要表征参数包括哪些？
幅度参数：表面形貌的均方根偏差Sq；表面十点高度Sz；表面高度分布的偏斜度Ssk；表面高度分布的峭度Sku 空间参数：最速衰减自相关长度Sal；表面峰顶密度Sds；表面的结构形状比率Str；表面的纹理方向Std
综合参数：均方根斜率；算术平均顶点曲率Ssc；展开界面面积比率Sdr
功能参数：表面支撑指数Sbi；中心液体滞留指数Sci；谷区液体滞留指数Svi
13可见光的波长范围约为 400～760nm ；光学显微镜分辩极限是光波的半波长：可见光最短0.4um(半波长：0.2um ） 14扫描电镜
放大倍数：当入射电子束作光栅扫描时，若电子束在样品表面扫描的幅度为As ，在荧光屏阴极射线同步扫描的幅度为Ac ，则扫描电镜的放大倍数为: c s
A M A ；由于扫描电镜的荧光屏尺寸是固定不变的，因此，放大倍率的变化是通过改变电子束在试样表面的扫描幅度来实现的。

如果荧光屏的宽度As=100mm ，当As=5mm 时，放大倍数为20倍，如果减少扫描线圈的电流，电子束在试样上的扫描幅度减小为Ac=0.05mm ，放大倍数可达2000倍。

可见改变扫描电镜的放大倍数十分方便。

目前商品化的扫描电镜放大倍数可以从20倍调节到20万倍左右。

扫描电子显微镜（SEM ）是以电子束作为照明源，把聚焦得很细的电子束以光栅状扫描方式照射到试样上，产生各种同试样性质有关的信息，然后加以收集和处理，从而获得微观形貌放大像的一种显微镜。

扫描电子显微镜工作原理：由三极电子枪发射出来的电子束（一般为50μm ），在加速电压的作用下（2-30kV ）， 经过三个电磁透镜（或两个电磁透镜），汇聚成一个细小到5nm 的电子探针，在末级透镜上部扫描线圈的作用下，使电子探针在试样表面做光栅状扫描
工作原理：是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与样品表面结构有关，次级
电子由探测器收集，信号经放大用来调制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。

主要结构（组成）电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图象显示和记录系统、电源和真空系统等5部分。

放大倍率高（M=Ac/As ） 分辨率高（d0=dmin/M 总）
15扫描隧道显微镜STM
扫描探针显微镜主要有扫描隧道显微镜（STM ）和原子力（AFM ）显微镜。

扫描隧道显微镜STM 工作原理基于量子力学的隧道效应。

根据量子力学理论的计算和科学实验的证明，当具有电位势差的两个导体之间的距离小到一定程度时，电子将存在一定的几率穿透两导体之间的势垒从一端向另一端跃迁。

这种电子跃迁的现象在量子力学中被称为隧道效应，而跃迁形成的电流叫做隧道电流。

之所以称为隧道，是指好像在导体之间的势垒中开了个电流隧道一样。

STM 的工作原理是电子的隧道贯穿，电子云占据在样品和探针尖之间电子云是电子位置具有不确定性的结果，这是其波动性质决定的。

导体的电子是”弥散”的，故有一定的几率位于表面边界之外，电子云的密度随距离的增加而指数式地衰减。

这样，被通过电子云的电子流就会在表面和探针间的距离变化极为灵敏。

探针在表面上扫描时，有一套反馈装置去感受到这一电子流（叫做隧穿电流），并据此使探针尖保持在表面原子的恒定高度上。

探针尖即以这种方式描过表面的轮廓。

读出的针尖运动情况经计算机处理后，或在银幕上显示出来，或由绘图机表示出来。

使针尖以一系列平行线段的方式扫描，使可获得高分辨率的三维表面图像。

两种测量的模式：（1）恒流模式（2）恒高模式
16纵向(面外)振动测量 :MSV-400-M2扫描式激光多普勒测量仪；横向(面内)振动测量: PMA-400频闪成像分析仪
三维轮廓: MSA-O-400-Top 轮廓测量仪，MSA-400-T 综合集成了目前动静态测量的所有最好技术：纵向振动测量的激光多普勒技术；横向振动测量的闪频成像法技术和轮廓测量的白光干涉技术.
多普勒效应：因波源或观察者相对于传播介质的运动而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象。

激光多普勒干涉技术用于振动测量的原理是：光源发射一束频率为f 0的光照射到物体表面，根据多普勒原理，运动物体接收到光信号后把它反射出来，在q2的方向光接收器接收到频率为f 光波信号，其频率随运动物体速度增加而增加。

即速度为v 的运动物体产生的多普勒频移为d f 。

17 Polytec 白光干涉仪测试的基本原理
Mirau 物镜；集成光路系统；小面积的参考镜面(透镜上只有小的“盲点”) ；参考镜面到分光镜的距离 = 测试样品到分光镜的距离；整个物镜(+参考镜面)在压电陶瓷驱动下在Z 方向移动
18拉曼光谱学是基于光与物质相互作用的特性，是一种基于非弹性光散射(即入射激光的能量/频率发生改变)的无损伤探测方法。

对散射光进行光谱分析，可以发现散射光中除了含有与入射光相同频率的光外，还包含有与入射光不同频率的光，这种现象称为拉曼散射。

其产生可以通过能级之间的跃迁来解释。

很多材料和结构的拉曼谱线的位置会随应变状态的变化长生相应的移动，因此可以通过拉曼光谱的方法测量应变。

拉曼光谱仪由三个基本部件组成：1）用于激发被测样品的激发激光 2）接收散射光并将其各种不同频率的光分开的分
光光度计3）测量各种不同频率的能量（或说光强）的检测器。

5部分：激光源、样品照射光和散射光集光系统、样品台、单色仪或光谱仪、检测系统（包括探测器、放大器和输出装置） 主要进行微机械的应力测试，研究了微机械加工过程对微机电系统所引起的残余应力分布，以优化加工工艺，提高MEMS 器件性能
Raman 光谱仪在技术上容易得到“全”振动光谱(3700-10cm-1)
19电阻率的测量
最常用的方法为四探针法
其中探针间的距离相等，一个从恒定电流源来的小电流I ，流经靠外侧的两个探针，而对于内侧的两个探针间，测量其电压值V 。

就一个薄的半导体样品而言，若其厚度为t ，且t 远小于样品直径d ，其电阻率为()V t CF cm I ρ=
⋅⋅Ω⋅ 其中CF 表示校正因数 方块电阻：L L R R hW W ρ
== 方块电阻的几何图形。