粗糙度仪的原理

新的粗糙度标准提供了可追踪的光学粗糙度测量 迄今为止，新的粗糙度标准为光学粗糙度测量提供了验证。通常，表面的传统标准只适用于接触式扫描技术，而光学测量很难被追踪。 Alicona的新粗糙度标准既适用于接触式也适合于光学测量系统。该标准显示了光学无限变焦技术和接触式测量在相同的公差范围内可以取得等价的测量结果。 对于粗糙度标准对光学粗糙度测量的验证，Alicona也提供了一个可校准和验证的micro contour artefact，来追踪形态测量。 无限变焦的光学技术适用于实验室和生产中高分辨率的测量。即使在陡峭的斜面和强反射性能的情况下，垂直分辨率也可以高达10nm。在质量保证方面，该技术被成功地用于形态和粗糙度测量。无限变焦技术被包括在新的ISO标准25178中，新的ISO标准25178第一次包括光学处理技术。

作者：Coventor（泛林集团旗下公司）半导体工艺与整合团队成员Yu De Chen 介绍 由后段制程(BEOL)金属线寄生电阻电容(RC)造成的延迟已成为限制先进节点芯片性能的主要因素[1]。减小金属线间距需要更窄的线关键尺寸(CD)和线间隔，这会导致更高的金属线电阻和线间电容。图1对此进行了示意，模拟了不同后段制程金属的线电阻和线关键尺寸之间的关系。即使没有线边缘粗糙度(LER)，该图也显示电阻会随着线宽缩小呈指数级增长[2]。为缓解此问题，需要在更小的节点上对金属线关键尺寸进行优化并选择合适的金属材料。 除此之外，线边缘粗糙度也是影响电子表面散射和金属线电阻率的重要因素。图1(b)是典逻辑5nm后段制程M2线的扫描电镜照片，可以看到明显的边缘粗糙度。最近，我们使用虚拟工艺建模，通过改变粗糙度振幅(RMS)、相关长度、所用材料和金属线关键尺寸，研究了线边缘粗糙度对线电阻的影响。 图1：(a) 线电阻与线关键尺寸的关系；(b) 5nm M2的扫描电镜俯视图（图片来源：TechInsights） 实验设计与执行 在晶圆厂里，通过改变线关键尺寸和金属来进行线边缘粗糙度变化实验很困难，也需要花费很多时间和金钱。由于光刻和刻蚀工艺的变化和限制，在硅晶圆上控制线边缘粗糙度也很困难。因此，虚拟制造也许是一个更直接和有效的方法，因为它可以“虚拟地”生成具有特定线边缘粗糙度的金属线结构，进而计算出相应显粗糙度条件下金属的电阻率。图2(a)显示了使用虚拟半导体建模平台 (SEMulator3D®) 模拟金属线边缘粗糙度的版图设计。图2(b)和2(c)显示了最终的虚拟制造结构及其模拟线边缘粗糙度的俯视图和横截面图。通过设置具体的粗糙度振幅(RMS)和相关长度（噪声频率）值，可以在虚拟制造的光刻步骤中直接修改线边缘粗糙度。图2(d)显示了不同线边缘粗糙度条件的简单实验。图中不同RMS振幅和相关长度设置条件下，金属的线边缘展示出了不同的粗糙度。这些数据由SEMulator3D的虚拟实验仿真生成。为了系统地研究不同的关键尺寸和材料及线边缘粗糙度对金属线电阻的影响，使用了表1所示的实验条件进行结构建模，然后从相应结构中提取相应条件下的金属线电阻。需要说明的是，为了使实验更为简单，模拟这些结构时没有将内衬材料纳入考虑。图2：(a) 版图设计；(b) 生成的典型金属线俯视图；(c) 金属线的横截面图；(d) 不同RMS和相关长度下的线边缘粗糙度状态 表1: 实验设计分割条件 实验设计结果与分析 为了探究线边缘粗糙度对金属线电阻的影响，用表1所示条件完成了约1000次虚拟实验设计。从这些实验中，我们了解到： 1. 当相关长度较小且存在高频噪声时，电阻受到线边缘粗糙度的影响较大。2. 线关键尺寸较小时，电阻受线边缘粗糙度RMS振幅和相关长度的影响。3. 在所有线关键尺寸和线边缘粗糙度条件下，应选择特定的金属来获得最低的绝对电阻值。结论由于线边缘粗糙度对较小金属线关键尺寸下的电阻有较大影响，线边缘粗糙度控制在先进节点将变得越来越重要。在工艺建模分割实验中，我们通过改变金属线关键尺寸和金属线材料研究了线边缘粗糙度对金属线电阻的影响。在EUV（极紫外）光刻中，由于大多数EUV设备测试成本高且能量密度低，关键尺寸均匀性和线边缘粗糙度可能会比较麻烦。在这种情况下，可能需要对光刻显影进行改进，以尽量降低线边缘粗糙度。这些修改可以进行虚拟测试，以降低显影成本。新的EUV光刻胶方法（例如泛林集团的干膜光刻胶技术）也可能有助于在较低的EUV曝光量下降低线边缘粗糙度。在先进节点上，需要合适的金属线材料选择、关键尺寸优化和光刻胶显影改进来减小线边缘粗糙度，进而减少由于电子表面散射引起的线电阻升高。未来的节点上可能还需要额外的线边缘粗糙度改进工艺（光刻后）来减少线边缘粗糙度引起的电阻。

雷尼绍的创新REVO® 五轴测量系统又添新品 &mdash SFP1，它首次将表面粗糙度检测完全整合到坐标测量机的测量程序中。 SFP1表面粗糙度检测测头的测量能力从6.3至0.05 Ra，其采用独特的&ldquo 单一平台&rdquo 设计，无需安装手持式传感器，也不需要将工件搬到价格昂贵的表面粗糙度专用测量仪上进行测量，既降低了人工成本又缩短了检测辅助时间。坐标测量机用户现在能够在工件扫描与表面粗糙度测量之间自动切换，一份测量报告即可呈现全部分析数据。 高质量表面粗糙度数据 SFP1表面粗糙度检测测头作为REVO五轴测量系统的一个完全集成选件，提供一系列强大功能，可显著提升检测速度和灵活性，令用户受益。 测头包括一个C轴，结合REVO测座的无级定位能力和特定测针，该轴允许自动调整测头端部的任意角度来适应工件，确保获得最高质量的表面粗糙度数据。SFP1配有两种专用测针：SFS-1直测针和SFS-2曲柄式测针，它们在测量程序的完全控制下由REVO系统的模块交换架系统 (MRS) 选择。这不仅有助于灵活测触工件特征，还兼具全自动数控方法的一致性。 SFP1表面粗糙度检测测头为平滑式测尖，含钻石成份的测尖半径为2 &mu m，它按照I++ DME协议，通过雷尼绍的UCCServer软件将Ra、RMS和原始数据输出到测量应用客户端软件上。原始数据随后可提供给专业的表面分析软件包，用于创建更详细的报告。 表面粗糙度检测测头自动标定 传感器校准也通过坐标测量机软件程序自动执行。新的表面粗糙度校准块 (SFA) 安装在MRS交换架上，通过SFP1检测测头进行测量。软件然后根据校准块的校准值调整测头内的参数。 更多信息 详细了解雷尼绍的坐标测量机测头系统与软件，包括全新的坐标测量机改造服务。

记者12月25日从福建省计量科学研究院获悉，历时2个月的两岸首次表面粗糙度能力验证在福州结束，结果为“满意”。 　　本次验证由福建省计量科学研究院为主导实验室，与台湾工研院量测中心按照“ISO 3274”、“ISO 4288”、“ISO 11562”和“ISO 4287”要求进行量值比对，结果表明双方测量结果吻合程度较好，能力实验数据结果为“满意”。 　　表面粗糙度的大小，对工业、制造业中机械零件的耐磨性、抗腐蚀性、密封性、接触刚度、测量精度等使用性能具有很大的影响。随着两岸制造业、加工业自动化程度的提高，表面粗糙度的测量面临新的挑战。 　　福建省计量科学研究院官员称，通过比较两岸表面粗糙度值测量是否准确、可靠和一致，考察两岸表面粗糙度检定装置仪器设备水平、检定员素质和技术水平，可为促进两岸标准和产品技术规范的统一提供科学的计量保障。 　　2009年12月22日，台湾海峡交流基金会和大陆海峡两岸关系协会共同签署《海峡两岸标准计量检验认证合作协议》，闽台先行先试，由台湾计量工程学会和福建省计量测试学会今年2月26日签署《计量交流与合作意向书》，搭建起计量机构、人员、学术、技术与信息交流的平台。

9月30日，中国国家标准化管理委员会公布《原子力显微镜测量溅射薄膜表面粗糙度的方法》等70项标准。其中与科学仪器及相关检测所涉及的标准摘选如下：

小至手机和运动手环，大至各种电动汽车，锂离子电池都是其中的关键能源供给装置。锂离子电池重量轻，能量密度大，循环使用寿命长，且不会对环境造成污染。对于锂离子电池来说，电容量是衡量电池性能的重要指标之一。锂离子电池电极的材料主要有铝（正电极）和铜（负电极）。在充电和放电期间，电子转移发生在集流体和活性材料之间。当集流体和电极表面之间的活性材料电阻过大时，电子转移的效率降低，电容量就会减少。若集流体的金属箔的表面粗糙度过大，则会增加集流体和电极表面之间的活性材料电阻，并降低整体电容量。 集流体（左图：铝 右图：铜）如何进行锂电池负极集流体的铜箔粗糙度测定呢？ 奥林巴斯提供非接触式表面粗糙度测量的解决方案： Olympus LEXT 3D激光扫描显微镜 奥林巴斯 OLS5000 激光共焦显微镜使用奥林巴斯 OLS5000 激光共焦显微镜，能够通过非接触、非破坏的观察方式轻松实现3D 观察和测量。仅需按下“Start（开始）”按钮，用户就能在亚微米级进行精细的形貌测量。 锂电池负极集流体的铜箔粗糙度测定使用奥林巴斯 OLS5000 显微镜测量粗糙度时，用户会得到以下三种类型的信息：粗糙度数据，激光显微镜3D彩色图像和高度信息以及光学显微镜真实彩色图像。这让使用人直观的看到粗糙度数据。同时，使用人可以从数据中了解集流体表面的状态。通过观察这些图像，也可以观察到实际的表面形貌。产品优点与特点 非接触式：与接触式粗糙度仪不同，非接触式测量可确保在测量过程中不会损坏易损的铜箔。这有助于防止由于样品损坏而导致的数据错误。专用物镜：LEXT OLS5000使用专用的物镜，因此您可以获得在视场中心和周围区域均准确的数据。平面数据拼接：数据可以水平拼接，从而可以在大区域上采集数据。由于拼接区域的数据也非常准确，因此与传统的测量方法相比，可以更高的精度获取电池集流体的粗糙度数据。超长工作距离：载物台水平范围为300 mm×300 mm使您可以测量较大的样品，例如汽车电池中的集流体，也不需要制备样品就可以在显微镜下观察。OLS5000显微镜的扩展架可容纳高达210毫米的样品，而超长工作距离物镜能够测量深度达到25毫米的凹坑。在进行这两种测量时，您只需将样品放在载物台上即可。

近期，老牌期刊刊载了C. Ranacher等人题为Mid-infrared absorption gas sensing using a silicon strip waveguide的文章。此研究工作的目的是发展一种能够与当代硅基电子器件方便集成的新型气体探测器，探测器的核心部分是条状硅基光波导，工作的机理是基于条状硅基波导在中红外波段的倏逝场传播特性会受到波导周围气氛的变化而发生改变这一现象。C. Ranacher等人通过有限元模拟以及时域有限差分方法，设计了合理的器件结构，并通过一系列微加工工艺获得了原型器件，后从实验上验证了这种基于条状硅基光波导的器件可以探测到浓度低至5000 ppm的二氧化碳气体，在气体探测方面具有高的可行性（如图1、图2）。 图1：硅基条型光波导结构示意图图2：气体测试平台示意图参考文章：Mid-infrared absorption gas sensing using a silicon strip waveguide值得指出的是，对于光波导来说，结构表面的粗糙程度对结构的固有损耗有大的影响，常需要结构的表面足够光滑。传统的SEM观测模式下，研究者们可以获取样品形貌的图像信息，但很难对图像信息进行量化，也就无法定量对比不同样品的粗糙度或定量分析粗糙度对器件特性的影响。本文当中，为了能够准确、快捷、方便、定量化地对光波导探测器不同部分的粗糙度进行表征，C. Ranacher等人联系到了维也纳技术大学，利用该校电镜中心拥有的扫描电镜专用原位AFM探测系统AFSEM™ （注：奥地利GETec Microscopy公司将扫描电镜专用原位AFM探测系统命名为AFSEM，并已注册专用商标AFSEM™ ），在SEM中选取了感兴趣的样品部分并进行了原位AFM形貌轮廓定量化表征，相应的结果如图3所示，其中硅表面和氮化硅表面的粗糙度均方根分别为1.26 nm和1.17 nm。有了明确的量化结果，对于不同工艺结果的对比也就有了量化的依据，从而可以作为参考，优化工艺；另一方面，对于考量由粗糙度引起的波导固有损耗问题，也有了量化的分析依据。图3：(a) Taper结构的SEM形貌图像；(b) Launchpad表面的衍射光栅结构的SEM形貌图像；(c) 原位AFM表征结果：左下图为氮化硅层的表面轮廓图像，右上图为硅基条状结构的表面轮廓图像；(d) 衍射光栅的AFM轮廓表征结果通过传统的光学显微镜、电子显微镜，研究者们可以直观地获取样品的形貌图像信息。不过，随着对样品形貌信息的定量化表征需求及三维微纳结构轮廓信息表征的需求增多，能够与传统显微手段兼容并进行原位定量化轮廓形貌表征的设备就显得愈发重要。另一方面，随着聚焦电子束（FEB，focused electron beam）、聚焦离子束（FIB，focused ion beam）技术的发展，对样品进行微区定域加工的各类工艺被越来越广泛地应用于微纳米技术领域的相关研究当中。通常，在FIB系统当中能够获得的样品微区物性信息非常有限，如果要对工艺处理之后的样品进行微区定量化的形貌表征以及力学、电学、磁学特性分析，往往需要将样品转移至其他的物性分析系统或者表征平台。然而，不少材料对空气中的氧气或水分十分敏感，往往短时间暴露在大气环境中，就会使样品的表面特性发生变化，从而无法获得样品经过FIB系统处理后的原位信息。此外，有不少学科，需要利用FIB对样品进行逐层减薄并配合AFM进行逐层的物性定量分析，在这种情况下需要反复地将样品放入FIB腔体或从FIB腔体中去除，而且还需要对微区进行定标处理，非常麻烦，并且同样存在样品转移过程当中在大气环境中的沾污及氧化问题。有鉴于此，一种能够与SEM或FIB系统快速集成、并实现AFM原位观测的模块，就显得非常有必要。GETec Microscopy公司致力于研发集成于SEM、FIB系统的原位AFM探测系统，已有超过十年的时间，并于2015年正式推出了扫描电镜专用原位AFM探测系统AFSEM™ 。AFSEM™ 基于自感应悬臂梁技术，因此不需要额外的激光器及四象限探测器，即可实现AFM的功能，从而能够方便地与市场上的各类光学显微镜、SEM、FIB设备集成，在各种狭小腔体中进行原位的AFM轮廓测试（图4、图5）。另一方面，通过选择悬臂梁的不同功能型针（图6、图7），还可以在SEM腔体中，原位对微纳结构进行磁学、力学、电学特性观测，大程度地满足研究者们对各类样品微区特性的表征需求。对于联用系统，相信很多使用者都有过不同系统安装、调试、匹配过程繁琐的经历，或是联用效果差强人意的经历。不过，对于AFSEMTM系统，您完全不必有此方面的顾虑，通过文章下方的视频，您可以看到AFSEM™ 安装到SEM系统的过程十分简单，并且可以快速的找到感兴趣的样品区域并进行AFM的成像。图4：(左)自感应悬臂梁工作示意图；（右）AFSEMTM与SEM集成实图情况 图5：AFSEMTM在SEM中原位获取骨骼组织的定量化形貌信息 图6：自感应悬臂梁与功能型针（1） 图7：自感应悬臂梁与功能型针（2）目前Quantum Design中国子公司已将GETec扫描电镜专用原位AFM探测系统AFSEM™ 引进中国市场。AFSEM技术与SEM技术的结合，使得人们对微观和纳米新探索新发现成为可能。

一、项目基本情况项目编号：JH22-210000-18483项目名称：购置激光全息表面粗糙度轮廓仪包组编号：001预算金额（元）：1,500,000.00最高限价（元）：1,500,000采购需求：查看合同履行期限：合同生效后4个月内到货并安装调试完毕且验收合格（具体以甲乙双方签订的合同为准）需落实的政府采购政策内容：促进中小企业、促进残疾人就业、支持监狱企业、支持脱贫攻坚等相关政策等本项目（是/否）接受联合体投标：否二、供应商的资格要求1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定。2.落实政府采购政策需满足的资格要求：无,本项目允许进口产品投标且采购的设备满足《政府采购促进中小企业发展管理办法》第六条第二款内容，故不具备专门面向中小企业采购的条件。3.本项目的特定资格要求：如果投标人所投产品为进口产品，须投标人提供制造商或国内总代理出具的销售授权书或产品销售代理证书。三、政府采购供应商入库须知参加辽宁省政府采购活动的供应商未进入辽宁省政府采购供应商库的，请详阅辽宁政府采购网 “首页—政策法规”中公布的“政府采购供应商入库”的相关规定，及时办理入库登记手续。填写单位名称、统一社会信用代码和联系人等简要信息，由系统自动开通账号后，即可参与政府采购活动。具体规定详见《关于进一步优化辽宁省政府采购供应商入库程序的通知》（辽财采函〔2020〕198号）。四、获取招标文件时间：2022年07月11日 08时00分至2022年07月18日 17时00分（北京时间，法定节假日除外）地点：线上获取方式：线上售价：免费五、提交投标文件截止时间、开标时间和地点2022年08月02日 13时30分（北京时间）地点：辽宁轩宇工程管理有限公司（沈阳市皇姑区黄河南大街56号中建峰汇广场A座801室）六、公告期限自本公告发布之日起5个工作日。七、质疑与投诉供应商认为自己的权益受到损害的，可以在知道或者应知其权益受到损害之日起七个工作日内，向采购代理机构或采购人提出质疑。1、接收质疑函方式：线上或书面纸质质疑函2、质疑函内容、格式：应符合《政府采购质疑和投诉办法》相关规定和财政部制定的《政府采购质疑函范本》格式，详见辽宁政府采购网。质疑供应商对采购人、采购代理机构的答复不满意，或者采购人、采购代理机构未在规定时间内作出答复的，可以在答复期满后15个工作日内向本级财政部门提起投诉。八、其他补充事宜1.投标文件递交方式采用线上递交及现场备份文件递交同时执行并保持一致，参与本项目的供应商须自行办理好CA锁，如因供应商自身原因导致未线上递交投标文件的按照无效投标文件处理。具体操作流程详见辽宁政府采购相关通知。2.关于电子标评审的相关要求详见辽财采函〔2021〕363号“关于完善政府采购电子评审业务流程等有关事宜的通知”。电子文件报送截止时间同递交投标文件截止时间（即开标时间）,解密为30分钟。如供应商未按照规定的时限响应按照无效投标文件处理。3.请供应商自行准备笔记本电脑并下载好对应的CA认证证书带至开标现场进行电子解密（开标现场不提供wifi）。同时供应商须自行准备好备份投标文件于递交投标文件截止时间前递交至代理机构处，如未递交备份文件的按照投标无效处理，供应商仅提交备份文件的而没有进行网上递交的投标文件的，投标无效。关于具体的备份文件的格式、存储、密封要求详见招标文件。九、对本次招标提出询问，请按以下方式联系1.采购人信息名 称：辽宁省检验检测认证中心地 址：沈阳市皇姑区崇山西路7号联系方式：024-312662632.采购代理机构信息：名 称：辽宁轩宇工程管理有限公司地 址：沈阳市皇姑区黄河南大街56号中建峰汇广场A座8楼联系方式：024-31918388-357邮箱地址：312353927@qq.com开户行：中国光大银行沈阳黄河大街支行账户名称：辽宁轩宇工程管理有限公司账号：364901880000244643.项目联系方式项目联系人：闫冠吉、刘甲峰电 话：024-31918388-357

p 　　英国莱斯特，Taylor Hobson于8月16日推出了由Metrology 4.0软件驱动的新款表面粗糙度轮廓仪Form Talysurf sup & reg /sup PGI NOVUS。 它十分先进的系统，适用于表面，轮廓，三维和直径测量。 /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/69bd7829-e2d4-4ea4-8f4d-ec8ee0f643c2.jpg" title=" Form Talysurf& reg PGI NOVUS With Metrology 4.0 Software.jpg" / /p p strong PGI NOVUS系统背后的设计—将卓越与创新相结合 /strong /p p 　　创新技术是新型PGI NOVUS系统的核心。它配备了全新的双偏置规，使系统能够测量直径和角度，并以相同的速度分析正常和反向的表面光洁度，以获得最佳性能。PGI NOVUS是市场上十分精确，稳定和可重复的高精度测量系统。 /p p strong Metrology 4.0—支持制造业的现代软件 /strong /p p 　　Metrology 4.0软件是一个新的软件包，提供具有虚拟显示和实时控制的直观界面。它提供了对测量过程的一目了然的监控。实时模拟和真实的零件坐标使监控和控制达到了业界十分先进的水平。 /p p 　　“新型Form Talysurf sup & reg /sup PGI NOVUS在测量直径和轮廓方面带来了显着的改进，特别是采用新设计的计量器，可以在上下方向进行形状和表面测量，”Taylor Hobson的表面产品经理Greg Roper谈到。“PGI NOVUS计量器旨在为用户提供更大的测量灵活性。可以在单个系统上测量小型，中型和大型复杂零件。” /p p 　　“新软件的功能可确保通过屏幕上形象跟踪实时测量。有一系列不同模式可供使用，提供基本元素，如可记录零件编程，以及包括变量在内的可编程功能的高级工具箱。该功能允许为一组不同尺寸的零件创建一个程序，最大限度地降低操作员所需的工作量和培训水平，同时保持最高的测量精度，”Greg解释道。 /p p 　　此外，Taylor Hobson提供独特的选项，支持从实验室到车间的所有环境中的高精度测量。 有三种仪器加附件地选择可满足所有的应用要求。 /p p strong 主要应用： /strong /p p · 滚珠丝杠轴向测量—节圆直径两侧均可(PCD)。 /p p · 轴承—球形，滚轴和四点接触。 /p p · 燃料喷嘴—平直度和阀座倾角。 /p p · 多部分测量—使用单个程序。 /p p 　　Taylor Hobson在超精密测量仪器领域居于前列，产品广泛应用于光学，半导体，制造业和纳米技术等市场。它是阿美特克超精密技术部的一个分支，阿美特克是世界领先的电子仪器和机电设备制造商，年销售额达43亿美元。 /p

HORIBA新推出的拉曼成像技术包——EasyNavTM，融合了NavMapTM、NavSharpTM 和 ViewSharpTM三项革命性应用设计，能够让您便捷导航、实时聚焦、自动定位，轻松实现粗糙表面样品拉曼成像。1NavMapTM快捷导航、定位样品作为一种新的视频功能，NavMapTM可同时显示全局样本和局部放大区域的显微图像，这意味着您可以直接在全局图像上移动，并在局部放大图上鉴别出感兴趣的样品区域。便捷实时导航▼NavMapTM视图2NavSharpTM实时聚焦，获取清晰导航图像在您导航定位样品的同时，NavSharpTM可实时聚焦任意形貌样品，使样品始终处于佳聚焦状态，进而获取清晰样品表面图像。佳聚焦状态，增强用户体验▼ 使用/不使用NavSharpTM的区别3ViewSharpTM构建3D表面形貌图获取焦平面拉曼成像图在粗糙表面样品拉曼成像过程中，ViewSharpTM 可以获取样品独特的3D形貌图，确保样品实时处于佳聚焦状态，反映样品处于焦平面的显微图像。由于不依赖拉曼信号进行实时聚焦，拉曼成像速度要远远快于从前。使用/不使用ViewSharpTM的区别NavMapTM、NavSharpTM及ViewSharpTM技术各有优势，不仅可以单独使用，也可以综合起来，满足用户的不同测试需求，EasyNavTM拉曼成像技术包的功能已经在多种样品上得到实验和验证。晶红石样品的3D表面形貌图晶红石样品的3D拉曼成像图全新 EasyNavpTM 能够兼容 HORIBA 的 LabRAM HR Evolution 及 XploRA 系列拉曼光谱仪，功能更强大，使用更便捷。HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

超声波明渠流量计的工作原理是什么？根据流体力学原理可知：明渠内的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低。另外，一般明渠内水流量大小还与渠道的横截面积、坡度、粗糙度有关。如果在渠道内安装几何尺寸和堰板材料固定的量水堰槽后，流量与液位就建立了确定的对应关系。这样量水堰槽就把流量测量转成了易于实现的水位测量。常用的量水堰槽种类有三角堰、矩形堰和巴歇尔堰槽三种（见图 1）。根据流体力学原理可知：明渠内的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低。另外，一般明渠内水流量大小还与渠道的横截面积、坡度、粗糙度有关。如果在渠道内安装几何尺寸和堰板材料固定的量水堰槽后，流量与液位就建立了确定的对应关系。这样量水堰槽就把流量测量转成了易于实现的水位测量。常用的量水堰槽种类有三角堰、矩形堰和巴歇尔堰槽三种（见图 1）。简言之，水力学法测量流量的原理为：首先测量出量水堰槽内水流的液位，再根据“水位-流量”的水力学关系公式，求出流量。

半导体快速退火炉（RTP）是一种特殊的加热设备，能够在短时间内将半导体材料迅速加热到高温，并通过快速冷却的方式使其达到非常高的温度梯度。快速退火炉在半导体材料制造中广泛应用，如CMOS器件后端制程、GaN薄膜制备、SiC材料晶体生长以及抛光后退火等。一、快速退火炉的原理半导体快速退火炉通过高功率的电热元件，如加热电阻来产生高温。在快速退火炉中，通常采用氢气或氮气作为气氛保护，以防止半导体材料表面氧化和污染。半导体材料在高温下快速退火后，会重新结晶和再结晶，从而使晶体缺陷减少，改善半导体的电学性能，提高设备的可靠性和使用寿命。1.1快速退火（RTA）与传统退火相比，快速退火具有更高的加热和冷却速度。通过快速加热和冷却，可以缩短退火时间，提高生产效率。1.2快速热处理（RTP）热处理是半导体制造中的一项关键技术，它可以改变材料的微观结构和性能。在热处理过程中，材料被加热到高温，然后进行保温和冷却。这个过程中，材料内部的原子会发生重新排列，从而改变材料的物理、化学和机械性质。二、半导体退火炉的应用领域1.封装工艺在封装工艺中，快速退火炉主要用于引线的切割和组装。引线经过切割和组装后，可能会产生内应力，影响封装的稳定性和可靠性。通过快速退火处理，可以消除引线内的应力，提高封装的稳定性和可靠性，保证产品的使用寿命。2.CMOS器件后端制程在CMOS器件后端制程中，快速退火炉可用于修复制程中产生的损伤和缺陷，增强器件的电学性能。通过快速退火处理，可以减少CMOS器件中的氧化物陷阱电荷和界面态密度，提高器件的可靠性和寿命。3.GaN薄膜制备GaN是一种重要的宽禁带半导体材料，具有优异的光电性能和稳定性。在GaN薄膜制备过程中，快速退火炉可用于提高薄膜的结晶质量和表面平滑度。通过快速退火处理，可以消除薄膜中的应力，减少缺陷，提高GaN薄膜的光电性能和稳定性。4.SiC材料晶体生长SiC是一种具有高热导率、高击穿电压、高饱和电子速度等优良特性的宽禁带半导体材料。在SiC材料晶体生长过程中，快速退火炉可用于提高晶体生长的质量和尺寸，减少缺陷和氧化。通过快速退火处理，可以消除晶体中的应力，提高SiC材料的晶体品质和性能。5.抛光后退火在半导体材料抛光后，表面会产生损伤和缺陷，影响设备的性能。快速退火炉可用于抛光后的迅速修复损伤和缺陷，使表面更加平滑，提高设备的性能。通过快速退火处理，可以减少表面粗糙度，消除应力，提高材料的电学性能和可靠性。

什么是原子层沉积技术原子层沉积技术（ALD）是一种一层一层原子级生长的薄膜制备技术。理想的 ALD 生长过程，通过选择性交替，把不同的前驱体暴露于基片的表面，在表面化学吸附并反应形成沉积薄膜。 20 世纪 60 年代，前苏联的科学家对多层 ALD 涂层工艺之前的技术（与单原子层或双原子层的气相生长和分析相关）进行了研究。后来，芬兰科学家独立开发出一种多循环涂层技术（1974年，由 Tuomo Suntola 教授申请专利）。在俄罗斯，它过去和现在都被称为分子层沉积，而在芬兰，它被称为原子层外延。后来更名为更通用的术语“原子层沉积”，而术语“原子层外延”现在保留用于（高温）外延 ALD。 Part 01.原子层沉积技术基本原理 一个完整的 ALD 生长循环可以分为四个步骤： 1.脉冲第一种前驱体暴露于基片表面，同时在基片表面对第一种前驱体进行化学吸附2.惰性载气吹走剩余的没有反应的前驱体3.脉冲第二种前驱体在表面进行化学反应，得到需要的薄膜材料4.惰性载气吹走剩余的前驱体与反应副产物 原子层沉积（ ALD ）原理图示 涂层的层数（厚度）可以简单地通过设置连续脉冲的数量来确定。蒸气不会在表面上凝结，因为多余的蒸气在前驱体脉冲之间使用氮气吹扫被排出。这意味着每次脉冲后的涂层会自我限制为一个单层，并且允许其以原子精度涂覆复杂的形状。如果是多孔材料，内部的涂层厚度将与其表面相同！因此，ALD 有着越来越广泛的应用。 Part 02. 原子层沉积技术案例展示 原子层沉积通常涉及 4 个步骤的循环，根据需要重复多次以达到所需的涂层厚度。在生长过程中，表面交替暴露于两种互补的化学前驱体。在这种情况下，将每种前驱体单独送入反应器中。 下文以包覆 Al2O3 为例，使用第一前驱体 Al(CH3)3（三甲基铝，TMA）和第二前驱体 H2O 或氧等离子体进行原子层沉积，详细过程如下：反应过程图示 在每个周期中，执行以下步骤： 01 第一前驱体 TMA 的流动，其吸附在表面上的 OH 基团上并与其反应。通过正确选择前驱体和参数，该反应是自限性的。 Al(CH3)3 + OH = O-Al-(CH3)2 + CH4 02使用 N2 吹扫去除剩余的 Al(CH3)3 和 CH4 03第二前驱体（水或氧气）的流动。H2O（热 ALD）或氧等离子体自由基（等离子体 ALD）的反应会氧化表面并去除表面配体。这种反应也是自限性的。 O-Al-(CH3)2 + H2O = O-Al-OH(2) + (O)2-Al-CH3 + CH4 04使用 N2 吹扫去除剩余的 H2O 和 CH4，继续步骤 1。 由于每个曝光步骤，表面位点饱和为一个单层。一旦表面饱和，由于前驱体化学和工艺条件，就不会发生进一步的反应。 为了防止前驱体在表面以外的任何地方发生反应，从而导致化学气相沉积（CVD），必须通过氮气吹扫将各个步骤分开。 Part 03. 原子层沉积技术的优点 由于原子层沉积技术，与表面形成共价键，有时甚至渗透（聚合物），因此具有出色的附着力，具有低缺陷密度，增强了安全性，易于操作且可扩展，无需超高真空等特点，具有以下优点： 厚度可控且均匀通过控制沉积循环次数，可以实现亚纳米级精度的薄膜厚度控制，具有优异的重复性。大面积厚度均匀，甚至超过米尺寸。 涂层表面光滑完美的 3D共形性和 100% 阶梯覆盖：在平坦、内部多孔和颗粒周围样品上形成均匀光滑的涂层，涂层的粗糙度非常低，并且完全遵循基材的曲率。该涂层甚至可以生长在基材上的灰尘颗粒下方，从而防止出现针孔。 ALD 涂层的完美台阶覆盖性 适用多类型材料所有类型的物体都可以进行涂层：晶圆、3D 零件、薄膜卷、多孔材料，甚至是从纳米到米尺寸的粉末。且适用于敏感基材的温和沉积工艺，通常不需要等离子体。 可定制材料特性适用于氧化物、氮化物、金属、半导体等的标准且易于复制的配方，可以通过三明治、异质结构、纳米层压材料、混合氧化物、梯度层和掺杂的数字控制来定制材料特性。 宽工艺窗口，且可批量生产对温度或前驱体剂量变化不敏感，易于批量扩展，可以一次性堆叠和涂覆许多基材，并具有完美的涂层厚度均匀性。

颗粒分析的准确度对生产过程和最终产品的影响图像分析系统可以测量颗粒大小、形状和浓度，并且允许用户对特定的颗粒设置测量参数作者：PETER BOUZA 美国麦克仪器粒度市场发展部经理颗粒分析在医药行业中，无论是生产效率或生产过程，都起着关键性的作用。粒径可以影响辅料或活性药物成份（API）的溶解度，并也可能会影响到药物制剂。各种已有的颗粒分析技术完全能满足今天的药品市场所需的颗粒粒度测量要求。然而，在某些情况下，简单的控制颗粒大小并不能完全的控制最终产品。对监测和控制颗粒的形状尤为重要。近年来，在制药行业的研究和质量控制中，了解颗粒形状的信息促进了图像分析的发展。测量颗粒形状大多数粒度分析方法在分析颗粒时，都把颗粒假定为球形，输出的报告也为“相当于球形直径”的结果。这种假设在大多数情况下是不能接受的。例如，样品在流动生产过程中，单独监测颗粒大小是不准确的。有些粒子可能是球形，一些可能是矩形，球形颗粒比长方形颗粒流动性更好些—需要更少的能量。为确保矩形颗粒均匀流动，则需要更多的能量。颗粒形状影响流动性，颗粒与其他样品组成成分正确地混合能力将影响最终产品的结果。图1：两种相当于大约63微米球形直径的粒子。然而，两者在形状和作用上有明显的区别。 图1表示的是一个真实的样品例子。大多数用来测量颗粒粒度的方法都认为样品的颗粒形状类似于球形。该颗粒粒径是“相当于球形”大约63微米的直径，这是由接近于具有相同面积的球体颗粒计算得到的。虽然报告粒径结果认为得到了类似的统计直方图，但这些颗粒实际是不一样的。在生产环境中，形状的不规则性巨大地影响流动性，形状边缘也会影响与其他颗粒的粘接能力，暴露的表面也会影响所需的覆盖量。如果这些和其他与形状相关的因素在分析过程中是很重要的因素，那么使用单一的粒度分析仪在分析过程中就可能无法捕捉到必要的参数。图像分析系统的其他功能除了能够测量颗粒大小和形状，图像分析系统也可以测量浓度。这些系统可以分析被捕获的颗粒，同时，他们也可以对颗粒计数，提供一个颗粒浓度参数。此外，如果样品中含有大量各种形状的颗粒，大多数图像分析系统都可以在软件-计算形状参数的基础上定出一个分析样品的数量。在图2上的直方图中显示的是两个完全不相同的样品峰。图像分析系统可以让用户选择性的查看创建每个直方图 峰值的实际颗粒的分析结果。图2：大多数图像分析系统使用户能够根据具体形状参数有选择性地查看颗粒不同部分的统计直方图。 当然，大多数图像分析系统在分析颗粒图像时总是有益的。而且，除了可以统计颗粒分析结果外，图像分析系统还可以采集每一个被分析颗粒的图像。很多时候，用户可以得到样品粒度的“指纹”统计直方图，但无法确定某些分布颗粒的类型。用户可根据需要设置代表性颗粒、所有颗粒或者只有那些可能影响部分直方图的某些颗粒的统计范围。例如，用户可以设定一系列的圆来查看样品中的球形颗粒。用户可设定一个完美的圆1，选择圆幅度接近1，以查看所有球形颗粒。更多的实际例子，如使用多个形状参数的图像分析系统直接测量颗粒表面粗糙度或平滑度，使用户能够监测相关的颗粒形状。例如，设置一个程序，随着粒径的增大，颗粒变得更光滑。只有图像分析系统才能实现自动化的测量和相关系数与统计值的结合。下列案例研究显示了在实际药物辅料中使用动态图像分析仪在自动图像分析里的一些优点。正如这个研究表明的一样，用户利用形状参数，可以更好地控制和监测样品颗粒，从而得到更有效的结果和更有效的成本控制。图3：外形表面粗糙度的形状参数。备注：表面粗糙度影响形状因素，而不是大小或圆形度。案例研究：八个辅料表面粗糙度的对比在制药行业中，辅料的选择是基于所起的不同作用来选择的。除了作为API的非活性载体外，他们在生产中还起了重要的作用。有些辅料的选择是根据他们作为粘结剂、填料和控制API溶解速度的媒介来选择的。然而，在保护易损坏的涂料和润滑油中，确保他们的流动性也是很重要的。无论如何，都必须监控辅料的表面粗糙度。形状特征，特别是形状因素所界定的不规则度都决定了表面粗糙度。颗粒形状分析仪能监测和控制颗粒在包装和制剂的过程中是如何与API相互作用的，以及在通过消化道时的吸收情况。用在本案例研究的仪器-Particle Insight(Particulate Systems)-可以分析在水相或者有机溶剂中的悬浮颗粒。在这个案例研究中，Particle Insight的尺寸和形状参数的9/28被选择来分析八个辅料。在这一案例研究只有一个参数—形状因素被讨论。形状因素可根据颗粒的面积和投影的周长来计算。参数是一个介于0和1之间的数字，一个平滑的圆圈形状因素等于1。类似于圆形度的情况，一般颗粒形状因素受非圆程度的影响。然而，不规则的周长，也就是表面粗糙度，也影响形状因素。参阅图3可看出测试不同形状的颗粒的形状因素是不同的。如图所示，颗粒表面粗糙度也可改变颗粒的形状因素。分析结果本研究是建立在60秒至4分钟之间采集多达10,000个颗粒的分析结果基础之上的，并与被使用的每个样品的分散度有关。图4：8个辅料中的每个辅料所对应的形状因素图4显示了这八个被分析辅料中任何一个被恢复的形状因素（表面粗糙度的测量）。该表按递减的方式排列形状因素。请注意，形状因素越靠近1，表面越平滑。表5、6和7显示的是Particle Insight为一些辅料自动拍摄的照片。这些照片揭示：平均形状因素为0.843的硬脂酸钠比平均形状因素为0.655的乳糖水合物有更光滑的表面。作为一个实际样品，硬脂酸钠在生产、成型的过程中比乳糖水合物更容易流动。图5：硬脂酸钠图6：硬脂酸图6：乳糖水合物结论在选择辅料时，对颗粒形状的测量在生产过程中是非常重要的。像润滑油一样，具有低表面粗糙度的或者高形状因素的辅料可以促进粉末的流动和压片的形成。在生产过程中，表面粗糙的辅料填充剂会影响药物的粘结和溶解，并且影响API在消化道里释放的位置。动态图像分析仪的出现实现了前所未有的自动化信息的传递。在这种情况下，Particle Insight根据表面粗糙度来区分辅料的种类，并且在生产过程中，表面粗糙度也是颗粒的一个重要特征。参考1.Tinke,A.P.,Govoreanu,R.,Vanhoutte,K.“ParticleSizeandShapeCharacterizationofNanoandSubmicronLiquidDispersions,”AmericanPharmaceuticalReview,Sept/Oct2006作者简介：Peter Bouza 美国麦克仪器公司粒度市场发展部经理。他主要负责麦克公司的颗粒粒度、计数和形状分析仪器的开发。Peter Bouza于2007年加入麦克公司，并且在颗粒表征领域拥有了超过16年的经验。颗粒系统是麦克公司为创新性的OEM颗粒表征产品技术推出的一个新的品牌。Particle Insight全自动粒形分析仪Particle Insight，采用动态光散射技术，内置多达30种的颗粒分析模型，可提供颗粒粒度、粒形、平整度、圆度、长径比等参数，能够在最极短的时间内，获取颗粒粒度和粒形信息。粒径分析范围：1-800μm同时进行粒度和粒形分析内置多达30种的不同颗粒形状参数实时分析水系或有机系样品，并实时监测结果完全符合ASTM D4438-85(2007)、ISO 9276-6:2008、ISO 13322-2:2006等国际标准本篇文章若没得到麦克默瑞提克（上海）仪器有限公司同意，禁止转载，违者必究！

颗粒分析在医药行业中，无论是对生产结果或生产过程，都起着关键性的作用。粒径可以影响辅料或活性药物成份（ API ）的溶解度，并也可能会影响到药物制剂。各种已有的颗粒分析技术完全能满足今天的药品市场所需的颗粒粒度测量要求。 然而，在某些情况下，简单的控制颗粒大小并不能完全的控制最终产品。对监测和控制颗粒的形状尤为重要。近年来，在制药行业的研究和质量控制中，了解颗粒形状的信息促进了图像分析的发展。 大多数粒度分析方法在分析颗粒时，都把颗粒假定为球形，输出的报告也为&ldquo 相当于球形直径&rdquo 的结果。这种假设在大多数情况下是不能接受的。例如，样品在流动生产过程中，单独监测颗粒大小是不准确的。有些粒子可能是球形，一些可能是矩形，球形颗粒比长方形颗粒流动性更好些&mdash 需要更少的能量。为确保矩形颗粒均匀流动，则需要更多的能量。颗粒形状影响流动性，颗粒与其他样品组成成分正确地混合能力将影响最终产品的结果。 图像分析系统可以测量颗粒大小、形状和浓度，并且允许用户对特定的颗粒设置测量参数。在选择辅料时，对颗粒形状的测量在生产过程中是非常重要的。像润滑油一样，具有低表面粗糙度的或者高形状因素的辅料可以促进粉末的流动和压片的形成。在生产过程中，表面粗糙的辅料填充剂会影响药物的粘结和溶解，并且影响API在消化道里释放的位置。动态图像分析仪的出现实现了前所未有的自动化信息的传递。在这种情况下，Particle Insight根据表面粗糙度来区分辅料的种类，并且在生产过程中，表面粗糙度也是颗粒的一个重要特征。

中国机床工具工业协会主办的第八届中国数控机床展览会（CCMT2014），将于2014年2月24至28日在上海新国际博览中心举办，我公司作为此次展览会的国际展商出席该展览会，展位号是N1-920. 在本届CCMT展览会上，我公司主要展布的展品是奥地利Alicona公司研发生产的全自动刀具测量仪InfiniteFocus G4 和InfiniteFocus SL。Alicona全自动刀具测量仪 全自动刀具测量仪是奥地利Alicona公司专门针对刀具检测而研发的一款全新产品，操作原理是世界领先的自动变焦(Focus-Variation)技术，该技术是光学系统的小景深和垂直扫描相结合。仪器的垂直扫描精度可以达到10纳米，既可以测量刀具的形貌，也可以测量刀具刃口和槽型内外的粗糙度。它的功能如下：1 不同槽型的表面粗糙度的测量2 不同槽型的3D形貌测量3 回转刀具的3D 形貌测量、轮廓测量4 刀具刃口的钝化半径的测量5 刀具刃口的钝化值（K a b)自动测量6 刀具刃口的粗糙度的测量7 刀具磨损的偏差测量、磨损体积的测量8 刀具刃口的角度测量（前角 后角 揳角）9 不同倒棱的倒棱宽度、角度

增材制造常被称作3D打印，是一种从无到有逐层构建三维结构或组件的制造工艺。其原理是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，将三维实体变为若干个二维平面，利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末、塑料等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成形，制造出实体产品。目前增材制造应用行业日益增多，包括航空航天，汽车制造，消费电子，生物医疗，工业设备等。增材制造工艺包括：粉床熔融成型，立体光刻工艺，熔融沉积成型，喷胶粘粉工艺等。相比于传统的减材制造方式，增材制造工艺具有低成本、高效益等优势，越来越受到各行业的青睐。但要成功地进行增材制造，前提是必须对组件的原材料（如金属粉末和聚合物粉末）进行表征筛选。为什么材料表征很重要？使用增材制造工艺生产的组件在性能上高度依赖于其基本的微结构，而微结构又取决于原材料（金属、聚合物）的性能和所使用的工艺条件。在工艺条件固定的情况下，最大的不确定性就来自于材料；材料性能不一致会导致组件成品的性能不一致。因此，要生产出质量一致的增材制造组件，制造商必须了解并优化材料的特性，例如金属粉末、聚合物粉末或其他材料（如陶瓷和聚合物树脂）。材料的哪些特性很重要？这取决于所采用的增材制造工艺和使用的材料类型。例如，在喷胶粘粉工艺和粉床熔融成型等金属粉床工艺中，材料的粒度和粒形是其关键特性，因为它们会影响粉末的流动和填充度。而在这些工艺中，材料的化学成分同样重要，尤其是金属粉末；粉末材料需满足指定的合金成分，这会直接影响成品的性能。晶体结构是金属粉末的另一个重要特性。因为在某些增材制造过程中，快速加热 - 冷却循环会引起物相变化并产生残余应力，进而影响组件的疲劳寿命等机械性能。另外，对于增材制造使用的聚合物材料，聚合结构（支化度、结晶度）可能会影响材料的液态和固态性能，包括粘度、模量以及热性能等。增材制造原材料表征方案在粉床熔融过程中，金属粉末层分布于制造平台上，被激光或电子束等选择性地熔化或熔融。熔化后平台将被降低，此过程将持续重复，直到制造完成。未熔融粉末将被去除，根据其状态重复使用或回收。因此，粉末层增材制造工艺的效率和成品组件的质量在很大程度上取决于粉末的流动行为和堆积密度。从新合金或聚合物开发到粉末回收，制造商必须在供应链的各个阶段对粉末性能进行表征。其中，激光衍射、自动图像分析、X 射线荧光和 X 射线衍射是用于表征增材制造粉末的四种常用关键分析技术。粒度分布及大小在粉床式增材制造工艺中，粒度分布会影响粉床的填充度和流动性，进而影响生产质量和最终组件的性能。为了测定增材制造使用的金属、陶瓷和聚合体粉末的粒度分布，全球粉末生产商、组件制造商以及机器制造商通常使用激光衍射技术来鉴定和优化粉末性能。使用激光粒度衍射仪Mastersizer 3000 系统或在生产线上使用在线Insitec 粒度测量系统，可在实验室环境中提供完整的高分辨率粒度分布结果。激光粒度仪Mastersizer 3000颗粒形状粒度和粒形直接影响粉床的致密度和粉末流动性。形状平滑规则的颗粒比表面粗糙、形状不规则的颗粒更容易流动和填充。增材制造商为保证所用颗粒具有规则形状，可使用 Morphologi 4 自动成像系统对金属、陶瓷和聚合物粉末的粒度和粒形进行分类和鉴定。该系统可将颗粒的长度、宽度等大小测量结果与圆度、凸曲度（粗糙度）等形状特征评估结果相结合，帮助制造商完成上述工作。Morphologi 4快速自动化粒度和粒形分析仪元素组成元素组成对于合金材料尤其重要，合金元素含量的微小变化都会影响其化学和物理性能，包括强度、硬度、疲劳寿命和耐化学性。为了检测这些变化以及污染物或夹杂物，并确定这些金属合金和陶瓷的元素成分，可使用 X 射线荧光 (XRF) 系统，比如 Zetium 和 Epsilon 等系统。而且，与其他技术相比，XRF 还能显著节省时间和成本。X射线荧光光谱仪Zetium台式能谱仪一体机Epsilon1微结构诸如物相成分、残余应力、晶粒大小和晶粒取向分布（织构）等微结构特性，也会影响成品组件的化学和机械性能。 为了分析这些微结构特性并控制成品组件的性能，制造商通常使用台式 X 射线衍射 (XRD) 系统分析金属的物相，比如 Aeris 系统。 如需获取有关材料在各种条件下的织构、晶粒尺寸和残余应力的更多信息，则可以使用多用途衍射仪，比如 Empyrean 衍射仪。 XRD 还广泛用于研究聚合物和陶瓷的结构和结晶度。 如要确定聚合物粉末的分子量和分子结构，则大多会使用凝胶渗透色谱 (GPC) 系统，比如 Omnisec 系统。台式X射线衍射仪Aeris马尔文帕纳科增材制造表征解决方案可用于： 确保始终如一的粉末供应防止产品质量波动 为采用不同撒布器或耙式设计的机器确定合适粉末 优化雾化条件以实现所需的粉末特性 预测并优化粉末堆积密度和流动特性 确保粉末具有正确的元素组成和相结构 确定制造组件的残余应力、应变和织构作者：马尔文帕纳科

近期，光学仪器领导品牌德国蔡司公司推出了全新的Smartproof 5快速转盘共聚焦显微镜。 Smartproof 5快速转盘共聚焦显微镜作为蔡司共聚焦显微镜家庭的新成员，以共聚焦光学为基本原理，采用专利技术高速转盘扫描为成像方法，将高分辨率与速度完美结合在一起，是一款能够快速提供工业零部件表面三维轮廓，实现快速非接触式表面粗糙度测量的高端精密仪器。 Smartproof 5拥有业内最佳的高分辨率和最高共聚焦成像速度，专利的转盘共聚焦技术有效地减少获取分析结果的时间。集成和稳固设计确保无附加防振设备下能够在不同环境中安装并使用，独有的操作者模式适合工业生产的批量检测任务，能够极大地提高检测效率。蔡司以她最尖端的光学技术和基于用户的设计理念，再次向世界证明了光学领导品牌的地位。产品优势 l 高分辨 由于采用了共聚焦成像原理，Smartproof 5将传统光学分辨率提高1.4倍，其XY方向线分辨率达到120 nm。 l 高测量精度 同时，在充分利用共聚焦能提供高度信息的基础上，Smartproof 5配备了精度高、重复性好的Z轴自动步进装置，最小步进精度达到1nm，这使得高度上亚微米，甚至纳米尺度的非接触式精确测量成为可能。 l 高速扫描 传统共聚焦采用点扫描成像，速度较慢；而Smartproof 5采用转盘扫描，成像速度是传统共聚焦显微镜的2-3倍，最快的高精度模式扫描速度超过50幅/秒（2048*2048分辨率），可以说瞬间即可得到测量结果，大大提高工作效率。 l 真实色彩还原 还可使用三色LED 光源，能够展现被测试样表面的真实颜色，从而将传统黑白共聚焦扫描显微镜拓展到更广阔的应用领域。 应用实例：台阶高度标样测试（标准高度1.777± 0.011mm，NIST认证），实测台阶高度1.772mm。上图：三维伪彩图；下图：二维轮廓线图。粗糙度标样测试结果。标准粗糙度Ra = 2.97mm，实测Ra=2.962mm。20x物镜，4x1三维拼接，cut-off值取1/5取样长度。详情请登录 （http://www.microscopy.com.cn/portal.php?mod=view&aid=3002），或电话800-890-0660咨询！

KLA Instruments拥有如今的光学轮廓仪组合，是早先各品牌合力创新的结果：1.ADE 发布了 MicroXAM 白光干涉仪。2.Zeta&trade Instruments 开发了 ZDot&trade 和多模式光学轮廓仪。3.KLA旗下Filmetrics® 推出了新型、通用的白光干涉仪。KLA Instruments 品牌下多样化的光学轮廓仪产品都拥有各自悠久的创新历史。1999ADE Phase Shift 推出了 MicroXAM 光学轮廓仪，具有埃米级灵敏度，可用于超光滑表面的相移干涉测量，以及更大台阶高度样品的垂直扫描干涉测量。2006KLA 收购了 ADE 公司，为 KLA 的桌面式量测组合增加了 MicroXAM-100 光学轮廓仪，并推出了面向半导体市场的衬底几何形貌和缺陷检测解决方案。2010Zeta-20 是 Zeta Instruments 推出的第一款产品。Zeta-20 是使用 ZDot&trade 专利技术的光学轮廓仪，它结合了结构照明、共聚焦光学以生成高分辨率的3D表面形貌数据和表面真彩图像。该技术使用户能够轻松地聚焦在任何透明或不透明的表面上，从而实现对台阶高度和粗糙度的快速测量。多模组光学系统将 ZDot 技术与白光干涉仪、剪切干涉仪、透明薄膜反射光谱仪和自动缺陷检测功能相结合，扩展了非接触式3D 光学轮廓仪的应用场景。同年，Zeta-200 发布，带有自动化载台，并推出了发光二极管 (LED) 应用的解决方案。Zeta-200 光学轮廓仪利用高透射光学设计、背光源照明技术和专有算法来测量图形化的蓝宝石衬底 (PSS)。 该系统可以适应各种形状的 PSS 凸起，测量视场中所有 PSS 凸起的高度和间距，从而避免仅测量一小部分区域而产生错误的凸起信号或导致的结果偏差。通过多模式光学系统，还可以测量在 PSS 制造过程中薄膜厚度的变化以及样品的翘曲度。最后，通过自动缺陷检测功能，Zeta-200 可以识别不同缺陷的种类，如剥落的凸块、划痕和颗粒。2011Zeta-280 在 Zeta-200 平台的基础上增加了一个适配单个晶圆盒的桌面式机械手臂。Zeta-300 光学轮廓仪支持测量最大8寸的器件。该系统采用一体化主动或被动隔振平台，并搭配隔声罩隔离环境中的噪声。2012Zeta-20 采用 ZDot技术，为封装微流体器件等透明多表面应用场景提供了一种创新的测量解决方案。微流体器件的封装工艺通常会改变通道的尺寸和外形，从而影响器件的性能。因此，封装后的测量对客户的产品控制至关重要。Zeta-20高透射率的光学设计使得ZDot 信号在经过多膜层透射后仍能保持足够强度，从而可以实现对微流体器件玻璃盖板封装前后关键尺寸参数的测量，例如盖板的厚度、微流体通道的深度和尺寸。同年，将 Zeta-280的桌面式机械手臂与 Zeta-300 平台相结合，推出了Zeta-380自动化测量设备。2014MicroXAM-800 集成了Ambios 和 ADE 相移干涉测量技术的最佳硬件和算法，并搭配创新且易用的软件，用于台阶高度和粗糙度的自动测量。2015基于Zeta-20推出太阳能行业创新解决方案，用于绒面和丝网印刷的工艺控制。太阳能光伏的成本控制和提升转化率，推动着晶硅光伏的技术迭代。金字塔绒面的规格和表面栅线印刷的质量，对晶硅光伏的转化效率产生重要影响，因此成为产品控制的关键环节。绒面工艺控制对于控制绒面金字塔结构的高度、外形和尺寸分布至关重要，因为这会影响太阳能电池的光捕获效率。Zeta-20提供了专为绒面金字塔测量的解决方案，可实现金字塔结构的自动探测和统计。金属栅线采用丝网印刷工艺，该工艺会带来金属栅线的宽度、高度、体积、电学特性等方面的变化，从而增加器件的制造成本。Zeta-20的高动态范围测量模式（HDR）为金属栅线工艺提供了测量解决方案，可实现对反射率差异较大的材料测量。在太阳能电池制造工艺过程中，HDR模式被用于测量镀有减反膜涂层绒面表面的金属栅线3D形貌。同年，推出了Zeta-360 和第一代 Zeta-388 产品，提供了基于Zeta平台的晶圆自动化处理解决方案。 2016Profilm3D 是一款基于白光干涉原理的光学轮廓仪，可以适用于多种应用场景，包括薄膜厚度、表面粗糙度、台阶高度等表面形貌测量，是一种高性价比的三维表面形貌测量解决方案。2017Zeta Instruments 加入KLA Instruments 集团，为KLA光学轮廓仪引入 ZDot 技术和多模式测量技术，扩充KLA光学轮廓仪的产品线。Zeta系列用于3D表面形貌测量，支持研发、生产和全自动化环境。2018KLA旗下Filmetrics 推出了世界上首个专门用于3D形貌数据处理的网络应用程序ProfilmOnline® ，利用网络浏览器和强大的智能手机功能，使用户无需电脑即可分析、存储和共享3D数据，包括光学轮廓仪、扫描探针显微镜（如原子力显微镜）和其他三维成像显微镜等获取的三维形貌数据。用户可以便捷地从 Filmetrics Profilm3D 光学轮廓仪上传数据，对其进行分析，并与同事共享测量结果。ProfilmOnline® 允许用户通过跨平台的任意设备，随时随地访问数据。Profilm3D 增加了 TotalFocus&trade 功能，提供其样品表面的3D自然彩色图像。新一代Zeta-388光学轮廓仪是非接触式三维表面形貌测量系统。该系统在Zeta-300的基础上，更新了用于全自动测量的机械手臂操作系统。Zeta-388支持OCR和SECS/GEM，从而可用于全自动产线的生产制造。该系统提供了具有生产价值的工艺控制测量，如PSS上的凸块高度、粗糙度和台阶高度。Zeta-388凭借在图形化蓝宝石衬底 (PSS)工艺中的应用荣获2018年化合物半导体行业量测奖。2019Filmetrics 正式加入 KLA Instruments 集团。在薄膜厚度、材料光学特性（n、k 值）的测量方面，Filmetrics 系列薄膜测量仪扩充 KLA 桌面式量测产品线。Filmetrics Profilm3D 光学轮廓仪扩充 KLA光学轮廓仪产品线，为客户提供高性价比的表面形貌测量解决方案。2020Profilm3D-200 具有一个行程为 200mm的自动样品台，可放置200mm直径的晶圆样品。2023KLA Instruments 推出Zeta-20HR高分辨率光学轮廓仪，专为满足新型太阳能电池的结构表征和下一代生产工艺的量测需求而设计。Zeta-20HR提高了光学轮廓仪的分辨率，将对太阳能电池结构的表征能力拓展至1µ m以下。这款新型的Zeta光学轮廓仪，基于具有ZDot技术的Zeta-20设计，可配置230mm x 230mm尺寸的样品载台，并具备所有标准化且易用的多模组测量能力。Zeta光学轮廓仪是太阳能电池工艺研发和制程控制的理想量测工具。如需申请测样或产品咨询,可通过仪器信息网和我们取得联系！

半导体晶圆表面的接触角测试是半导体制造中常见的一项表面质量评估方法，其重要性在以下几个方面：1、粗糙度评估：半导体晶圆表面的粗糙度会对接触角产生影响，接触角测试可以用来评估晶圆表面的粗糙度，从而评估其表面质量。表面清洁评估：半导体晶圆表面的杂质和污染物会影响接触角的测量结果，接触角测试可以用来评估晶圆表面的清洁程度。2、表面处理评估：半导体晶圆表面的各种表面处理，如刻蚀、沉积、退火等会影响接触角的测量结果，接触角测试可以用来评估这些表面处理对晶圆表面性质的影响。3、界面张力评估：在半导体制造中，各种材料的粘附和分离过程都涉及到界面张力的变化，接触角测试可以用来评估晶圆表面和各种材料之间的界面张力。综上所述，半导体晶圆表面的接触角测试可以用来评估晶圆表面的粗糙度、清洁程度、表面处理效果和界面张力等方面的性质，对半导体制造过程中的表面质量控制具有重要的意义。晶圆全自动接触角测量仪详细参数：技术参数KZS-50图片硬件外观接触角平台长12寸圆平台（6寸、8寸、12寸（通用）扩展升级整体扩展升级接触角设备尺寸670x690x730mm（长*宽*高）重量35KG样品台样品平台放置方式水平放置 样品平台工作方式三维移动样品平台样品承重0.1-10公斤仪器平台扩展可添加手动，自动倾斜平台，全自动旋转平台，温控平台，旋转平台，真空吸附平台调节范围Y轴手动行程400mm，精度0.1mmX轴手动，360°自动旋转，精度0.1mm测试范围0-180°测量精度高达0.01°测量面水平放置样品平台旋转全自动旋转平台仪器水平控制角位台可调，镜头可调，样品平台可调滴液滴液系统软件控制自动滴液，精度0.1微升，自动接液测试注射器高精密石英注射器，容量500ul针头直径0.51mm，1.6mm表面张力测试滴液移动范围X轴手动调节80mm，精度0.01mmZ轴自动调节100mm，精度0.01mm滴液系统软件控制自动滴液泵滴液模组金属丝杆滑台模组镜头/光源光源系统单波冷光源带聚光环保护罩，寿命60000小时以上光源调节软硬共控镜头可移动范围滑台可调100mm镜头远心变倍变焦定制镜头镜头倾斜度±10°，精度0.5°相机帧率/像素300fps（可选配更高帧率）/300万像索电源电源电压220V，功率60W，频率60HZ漏电装置带漏电装置保护软件部分软件算法分辨率拟合法、弧面法、θ/2、切线法、量角法、宽高法、L-Y法、圆法、椭圆法、斜椭圆法测量方式全自动、半自动、手动拟合方式 分辨率点位拟合，根据实际成像像素点完全贴合图像拍摄支持多种拍摄方式，可单张、可连续拍摄，支持视频拍摄，并一键测量。左右接触角区分支持分析方法座滴法、纤维法、动态润湿法、悬滴法、倒置悬滴法、附着滴法、插针法、3D形貌法、气泡捕获法分析方式 润湿性分析、静态分析、实时动态分析、拍照分析、视频分析、前进后退角分析保存模式Word、EXCEL、谱图、照片、视频总结1、晶圆接触角测量可以订制，适用于各种半导体制造中常用的6英寸、8英寸、12英寸等尺寸的晶圆。2、高精度测量：可以在非常小的范围内准确测量晶圆表面的接触角，具有高度的重复性和准确性。3、多功能性：晶圆接触角测量仪通常具有多种测试模式，可以测量不同类型的表面处理，如刻蚀、沉积、清洗等过程对接触角的影响，可以提供全面的表面质量评估。4、高效性：晶圆接触角测量仪可以在非常短的时间内完成多个晶圆的测量，提高了实验的效率。5、自动化程度高：晶圆接触角测量仪通常具有自动化控制和数据处理系统，可以自动完成晶圆的定位、测量和数据处理，减少了实验人员的工作量和误差。晶圆接触角测量仪是一种专门用于测量半导体晶圆表面接触角的仪器。相比传统的接触角测量仪，它具有以下优势：1、适用于大尺寸晶圆：晶圆接触角测量仪通常具有较大的测试平台，能够容纳大尺寸的晶圆，适用于半导体制造中常用的6英寸、8英寸、12英寸等尺寸的晶圆。2、高精度测量：晶圆接触角测量仪使用高精度的光学传感器和计算算法，可以在非常小的范围内准确测量晶圆表面的接触角，具有高度的重复性和准确性。多功能性：晶圆接触角测量仪通常具有多种测试模式，可以测量不同类型的表面处理，如刻蚀、沉积、清洗等过程对接触角的影响，可以提供更全面的表面质量评估。3、高效性：晶圆接触角测量仪可以在非常短的时间内完成多个晶圆的测量，提高了实验的效率。4、自动化程度高：晶圆接触角测量仪通常具有自动化控制和数据处理系统，可以自动完成晶圆的定位、测量和数据处理，减少了实验人员的工作量和误差。综上所述，晶圆接触角测量仪具有高效、高精度、多功能等优点，在半导体晶圆表面处理和质量控制中具有广泛的应用前景。

碲锌镉（CZT）单晶材料作为碲镉汞（MCT）红外焦平面探测器的首选衬底材料，其表面质量的优劣将直接影响碲镉汞薄膜材料的晶体质量以及成品率，故生产出外延级别的碲锌镉衬底表面是极其重要的。目前，碲锌镉单晶片的主要表面加工处理技术包含机械研磨、机械抛光、化学机械抛光、化学抛光以及表面清洗。其中，机械研磨、机械抛光以及化学机械抛光工艺都会存在磨料残留、磨料嵌入、表面划痕较多、粗糙度较高等一系列问题，要解决这些问题需要对相应的表面处理技术进行了解和掌握，包括表面处理技术的基本原理以及影响因素。近期，昆明物理研究所的科研团队在《红外技术》期刊上发表了以“碲锌镉衬底表面处理研究”为主题的文章。该文章第一作者为江先燕，通讯作者为丛树仁高级工程师，主要从事红外材料与器件方面的研究工作。本文主要从碲锌镉表面处理工艺及表面位错缺陷揭示两个方面对碲锌镉衬底的表面处理研究进行了详细介绍。表面处理工艺碲锌镉单晶作为生长外延碲镉汞薄膜材料的首选衬底材料，要求其表面不能存在机械损伤及缺陷密度大于10⁵ cm⁻²的微观缺陷，如线缺陷、体缺陷等。衬底表面的机械损伤可通过后期的表面处理工艺进行去除[18]，而微观缺陷只能通过提高原材料的纯度以及合理调控晶体的生长过程方能得到有效改善。经垂直梯度凝固法或布里奇曼法生长出的低缺陷密度的碲锌镉体晶会先被切割成具有固定方向（如（111）方向）和厚度的碲锌镉晶片，然后再经过一系列的表面处理工艺才能用于碲镉汞薄膜的生长。通常情况下，碲锌镉晶片会经历机械研磨、机械抛光、机械化学抛光及化学抛光等表面处理工艺，通过这些工艺处理后的晶片才能达到外延级水平，因此本部分主要详细介绍上述4种表面处理工艺。机械研磨机械研磨工艺的研磨机理为：加工工件与研磨盘上的磨料或研磨剂接触时，工件表面因受到形状不规则磨料的挤压而产生破裂或裂纹，在加工工件与研磨盘的相互运动下，这些破裂的碎块会随着不规则磨料的滚动而被带离晶片表面，如此反复，从而达到减薄晶片厚度及获得低损伤表面的加工目的，机械研磨装置及磨削原理示意图如图1所示。图1 机械研磨装置及研磨机理示意图碲锌镉体晶切割成一定厚度的晶片后首先经历的表面处理工艺是机械研磨工艺。机械研磨的主要目的是去除机械切割对晶片表面造成的损伤层，从而获得一个较低损伤的晶片表面。表面处理工艺中，机械研磨还可细分为机械粗磨和机械细磨，两者的主要区别在于所使用的磨料粒径不一样，粗磨的磨料粒径大于细磨的磨料粒径。机械细磨的主要目的是去除机械粗磨产生的损伤层，同时减少抛光时间，提高工艺效率。研究报道，机械研磨产生的损伤层厚度通常是磨料粒径的3倍左右。影响机械研磨工艺对加工工件研磨效果的因素有磨料种类、磨料粒径及形状、研磨盘类型、磨料与溶剂的配比、磨料滴速、研磨盘转速、工件夹具转速以及施加在加工工件上的压力等。磨料种类一般根据加工工件的物理及化学性质（如强度、硬度、化学成分等）进行合理选择。常用于机械磨抛的磨抛料有MgO、Al₂O₃、SiC及金刚石等，其中，为了避免在碲锌镉衬底上引入其他金属杂质，MgO和Al₂O₃这两种研磨剂很少在碲锌镉表面处理工艺上进行使用，使用最多的是SiC和金刚石两类磨料。磨料的形状可分为规则（如球状、棒状、长方体等）和不规则（如多面体形状）两类，如图2所示。通常情况下，磨料形状越不规则，材料去除速率越快，同时造成的表面损伤也大，反之，磨料越规则，去除速率越慢，但造成的表面损伤也越小。图2 不规则磨料及规则磨料的扫描电镜图毛晓辰等人研究了这3种不同形状磨料对碲锌镉衬底机械研磨的影响。当磨粒形状为板片状时，材料的去除模型将不再遵从李岩等人提出的“不规则磨料研磨去除模型”，即三体磨粒去除模型，如图3(a)所示，而是会发生变化。基于此，毛晓辰等人提出了如下的去除模型，即：当磨粒为板片状时，磨粒以一定的倾斜角度平躺于磨盘表面，如图3(b)所示，当加工工件（晶片）与磨盘发生相互运动时，磨粒被短暂的固定在磨盘表面，形成二体磨粒，板片状磨粒便以其片状边缘对加工工件表面进行磨削，最终实现去除材料的目的。图3 不规则磨料及板片状磨料去除机理示意图常见的研磨盘类型可简单分为开槽和不开槽两类，如图4所示，开槽和不开槽研磨盘对晶片研磨效果的影响如表1所示。图4 磨盘示意图表1 开槽和不开槽研磨盘对晶片研磨效果的影响机械抛光机械抛光工艺的抛光机理为：加工工件与柔性抛光垫上的抛光粉或抛光颗粒接触后，工件表面将受到形状不规则的抛光颗粒的挤压而产生破裂或裂纹，在加工工件与抛光盘的相互运动下，这些破裂的碎块会随着不规则抛光颗粒的滚动而被带离晶片表面，反复如此，从而达到降低加工工件表面粗糙度和获得光亮、平整表面的目的。抛光粉是一种形状不规则且粒径很小的微纳米级颗粒，故而对加工工件造成的表面损伤较小且加工后的工件表面像镜面一样光亮。抛光垫的柔韧性削弱了抛光颗粒与加工工件表面的相互磨削作用，从而进一步降低了抛光颗粒对工件表面的损伤。机械抛光装置及抛光原理示意图如图5所示。图5 机械抛光装置及抛光原理示意图机械抛光的主要目的是去除机械研磨工艺对晶片表面造成的损伤层，同时降低晶片表面粗糙度和减少表面划痕，获得光亮、平整的表面。影响机械抛光工艺对加工工件表面抛光效果的因素有抛光粉种类或者抛光液种类、抛光粉粒径大小及形状、抛光垫种类、抛光盘转速、工件夹具转速、施加在工件上的压力、抛光液滴速以及抛光时间等。图6所示为碲锌镉晶片经不同厂家生产的同种抛光液机械抛光后的表面形貌图，如图所示，在相同的抛光条件下，不同厂家生产的抛光液的抛光效果差别较大。因此，机械抛光工艺中对抛光液的合理选择是极其重要的。图6 不同厂家生产的同种抛光液的机械抛光表面抛光粉的粒径大小和形状主要影响加工工件的表面质量和材料去除速率，通常，粒径越大以及形状越不规则，则材料的去除速率越快，表面质量也越差，如表面粗糙度大、划痕多等；反之，则去除速率慢，表面质量好。抛光垫具有贮存抛光液及去除抛光过程产生的残留杂质等作用，抛光垫的种类（或材质）也是影响工件抛光效果的主要因素之一。图7为目前一些常见抛光垫的表面纹理及根据仿生学理论研究设计的抛光垫表面纹理图，主要包括放射状纹理、栅格状纹理、同心圆状纹理、放射同心圆复合状纹理、螺旋状纹理及葵花籽状纹理。图7 抛光垫表面纹理图化学机械抛光化学机械抛光工艺的抛光机理为：加工工件表面与抛光垫上的抛光液接触后，将同时受到来自抛光液中的不规则抛光颗粒的挤压作用和强氧化剂的腐蚀作用，即工件表面同时受到机械作用和化学作用。化学机械抛光的主要目的包括去除工件表面损伤层、降低表面粗糙度、消除或减少表面划痕以及工件表面平坦化等。影响化学机械抛光工艺对加工工件表面抛光效果的因素有机械作用和化学作用的协同情况、抛光粉种类、抛光粉粒径大小及形状、氧化剂种类及浓度、抛光垫种类、抛光盘转速、工件夹具转速、施加在工件上的压力、抛光液滴速以及抛光时间等。抛光粉的粒径大小及形状、抛光垫的种类（或材质）、抛光垫的使用时长、抛光盘转速、工件夹具转速、施加在工件上的压力大小以及抛光时间等因素对工件抛光效果的影响原理与机械抛光工艺中所述影响原理类似。化学抛光化学抛光工艺的抛光机理为：当加工工件与抛光垫上的化抛液接触后，化抛液中的氧化剂将对工件表面进行腐蚀，在抛光垫与工件表面的相互运动作用下，工件表面上的损伤层以及浅划痕等都会被去除，得到光亮、平整且无任何划痕及损伤的外延级衬底表面。化学抛光工艺中使用的抛光液只包含氧化剂和溶剂，没有磨料颗粒或抛光颗粒。同时，对工件进行化学抛光时，没有对工件施加额外的压力，只有抛光夹具的自身重力。因此，化学抛光工艺中几乎不涉及到机械作用，只有纯化学腐蚀作用。化学抛光工艺的装置及抛光原理如图8所示。图8 化学抛光装置及抛光原理示意图化学抛光的主要目的是去除化学机械抛光或机械抛光工艺对晶片表面造成的损伤层，并同时为生长碲镉汞薄膜提供新鲜、洁净、无损的外延级表面。影响化学抛光工艺对加工工件表面抛光效果的因素有氧化剂种类及浓度、抛光垫种类、抛光盘转速、抛光夹具自重、化抛液滴速以及抛光时间等。表面位错揭示与硅等几乎无缺陷的单晶材料相比，碲锌镉单晶材料具有较高的位错密度（10⁴~10⁵/ cm⁻²）。目前，观察位错的主要手段是化学腐蚀法，虽然透射电子显微镜法（TEM）也能对材料的位错进行检测，但因其具有设备成本太高、制样非常困难、视场太小等原因而无法作为常规的位错检测手段。化学腐蚀法因具有成本低、制样简单、操作简单且所观察的视场较大等优势而成为了目前主要的表面位错检测手段。碲镉汞薄膜主要是通过在碲锌镉衬底的（111）面和（211）面上外延得到，因此，要求碲锌镉衬底表面不能存在损伤及大量的微观缺陷。衬底表面的损伤主要来自于表面处理工艺，而微观缺陷如沉淀物、位错、空位等则是在晶体生长过程中产生的。事实上，表面损伤对应的是晶格的周期性被破坏，即晶体表面形成大量的位错。所以，对于外延衬底而言，不管是损伤还是微观缺陷，只要超过一定的数量都会直接影响碲镉汞外延薄膜的质量，故而需要对碲锌镉衬底表面的缺陷（包括损伤和微观缺陷）进行检测，从而筛选出优质的外延级衬底。如上所述，化学腐蚀法是目前最常用的位错检测手段，因此这部分主要介绍用于揭示碲锌镉表面位错缺陷的腐蚀液。（111）A面位错揭示腐蚀液1979年，K. Nakagawa等人报道了一种可用来揭示碲化镉（111）A面位错缺陷的化学腐蚀液，其组分为20 mL H₂O:20 mL H₂O₂:30 mL HF。（111）和（211）B面位错揭示腐蚀液1995年，W. J. Everson等人报道了一种可用于揭示碲锌镉（111）和（211）B面位错缺陷的化学腐蚀液，其组分为6 mL HF: 24 mL HNO₃:150 mL C₃H₆O₃（乳酸），即体积比为1:4:25。由于这种化学腐蚀液是W.J.Everson首次提出并验证其有效性的，所以作者将这种腐蚀液命名为“Everson腐蚀液”。其他晶面位错揭示腐蚀液1962年，M. Inoue等人报道了一种可揭示碲化镉（CdTe）不同晶面上位错缺陷的EAg腐蚀液，EAg腐蚀液的组成为10 mL HNO₃ : 20 mL H₂O : 4 g K₂Cr₂O₇ 😡 g AgNO₃总结与展望本文主要从碲锌镉表面处理工艺及表面位错揭示两个方面对碲锌镉衬底的表面处理工艺研究进行了详细介绍。表面处理工艺主要包括机械研磨、机械抛光、化学机械抛光以及化学抛光，研磨或抛光工艺中的参数选择直接影响最终的衬底表面质量。碲锌镉衬底的表面位错缺陷主要通过Everson或Nakagawa两种化学腐蚀液进行揭示，Everson腐蚀液主要揭示碲锌镉（111）B面的位错缺陷，Nakagawa腐蚀液主要揭示（111）A面的位错缺陷。另外，随着碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展，碲锌镉衬底的尺寸逐渐增大，这意味着获得外延级碲锌镉衬底表面将会更加困难，这对晶片表面平整度、晶片面型控制及表面清洗等都提出了更高的技术要求。因此，如何在现有的基础上探索出适用于大尺寸碲锌镉衬底的表面处理技术是至关重要的，这也是接下来亟待解决的技术问题和努力的方向。

本文授权转载自公众号“研之成理”，原作者：ccl开组会的时候，你可能常常听老板说：你们看a材料xxx性能好，b材料xxx性能好，刚好互补嘛，xxx同学，你把两者复合到一起，岂不是很厉害。可是一篇science级别工作。但实验结果很可能会"打脸"。做科研，别说1+1 2；有时候想要达到1+1=2的效果都很难。在刚刚新鲜出炉的science文章中，来自加州大学洛杉矶分校的杨阳教授课题组报道，他们成功制备了钙钛矿/cu(in,ga)se2（简称cigs）叠加太阳能电池，成功实现了叠加太阳能电池的1+1=2。因为单节太阳能电池存在肖克利奎伊瑟限(shockley–queisser limit)；shockley–queisser limit是指单p-n节太阳能电池所能达到的理论能量转换限；所以，构建叠加太阳能电池是突破限的有效途经。科学家们看中了钙钛矿和cu(in,ga)se2这两种材料，他们单独作为电池的效果就不错，同时有较宽的可调带宽等等优点。但两者叠加的效果一直不理想，远远达不到1+1 =2的效果。研究发现叠加不理想的关键因素是界面处的“粗糙度”。粗糙度高导致两种材料在界面处相互缠绕，容易形成很多短回路，严重影响电子和空穴的传递。在这篇science中，作者通过沉积氧化铟锡层，然后再通过化学抛光，降低表面粗糙度，从而实现22.43%的效率。图1 表面抛光对cigs电池的影响图2 半透明钙钛矿电池性能图3 叠加电池性能 杨阳教授现任美国加州大学洛杉矶分校（ucla）材料科学与工程学院的卡罗尔和劳伦斯?tannas jr.讲座教授。主要研究方向是太阳能及高效能电子器件。已在science, nature, nature materials, nature communication, nature photonics, nature nanotechnology, science advance, angewandte chemie international edition, journal of american chemical society, energy and environmental science, physical review letters等国际著名刊物发表三百余篇论著, 获得24项授权。2017年初，h指数在达到132（引用超过80000次）。在有机光伏（opv）, 可溶液加工石墨烯和cigs/czts/perovskite太阳能电池等领域做出了杰出的贡献。曾获台湾成功大学杰出校友奖，南加州华美工程师与科学家协会（cesasc）的杰出成就奖，ieee光伏专家和ieee半导体研究协会发明奖和美国科学基金会年轻成就奖（nsf career award）等奖励，并被选为美国物理学会会士（aps），美国材料研究学会会士（mrs），英国皇家化学学会会士（frsc），美国电磁学学院会士和国际光电子学会会士（spie）。杨教授还被汤森路透（thomason reuters）选为“世界上具影响力的科学家”（全球只有19位科学家被选中） 他同时也是材料科学与化学类别高度引用的教授（2013-2017年）。2010年他被“科学观察”选为热门研究人员（仅选出了全球11名科学家，包括两位理工科得主-杨教授和andre geim (2010年诺贝尔物理学奖获得者) 以及其余九位生物医学得主）。免责说明horiba scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，horiba scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。horiba scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。horiba科学仪器事业部结合旗下具有近 200 年发展历史的 jobin yvon 光学光谱技术，horiba scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天horiba 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

双光子聚合是物质在发生双光子吸收后所引发的光聚合过程。双光子聚合利用了双光子吸收过程对材料穿透性好、空间选择性高的特点，在三维微加工、高密度光储存及生物医疗领域有着巨大的应用前景。近年来已成为全球高新技术领域的一大研究热点。德国Nanoscribe公司的Photonic Professional GT系列是世界上公认的目前打印精度最高的微纳 3D 打印机，其运用的 双光子聚合技术 (Two-Photon Polymerizatio，TPP)是一种“纳米光学”3D打印方法。常见的3D打印设机工作原理都是分层制造，层与层之间的精度很受限，这使得3D打印机难以制造低粗糙度、高精度的器件，如各种光学元件、微纳尺度的结构器件等等。而德国Nanoscribe公司的基于双光子聚合技术的3D打印设备为亚微尺度和纳尺度结构制造提供了一种有效的解决方案。与传统的单光子聚合的SLA打印机技术相比，双光子聚合技术的原理是通过将激光聚焦在光敏树脂内，计算机控制移动纳米位移台，使得焦点经过的位置固化光敏树脂，在≤ 100 mm/s的高速扫描下实现160nm最低横向打印线宽，而粗糙度可保持在≤20nm，从而可以打印任意形状的三维物体。换句话说双光子聚合3D打印技术比传统光固化成型技术精确度高了几百倍，打印出来的东西比细菌还小。TPP技术是现在市面精度最高的3D打印技术。TPP技术广泛应用于微光学，微电子，微流控，微器件，生命科学等领域，它给3D打印从业者和科学家提供了一种强有力的解决方案，来设计和加工多种多样的微纳结构。现在Nanoscribe客户遍布全球30个国家，超过1500名用户。全球前十顶尖大学中已经多所正在使用Nanoscribe3D打印机。这些大学包含哈佛大学、加州理工学院、牛津大学伦敦帝国学院和苏黎世联邦理工学院等等。在科研领域，Nanoscribe 的系列3D打印设备帮助推动着研究者们高端创新科技领域的探究。Nanoscribe 在2017年底在上海成立了中国分公司 - 纳糯三维科技（上海）有限公司，加强了德国高新技术在中国的销售推广。在巩固并扩大了现有业务关系的同时拓展了售后服务范围，更好的为亚太地区客户提供专业技术支持。更多技术咨询可联系纳糯三维科技（上海）有限公司 销售技术团队

斯图加特大学的Harald Giessen课题组研究人员使用Nanoscribe的双光子灰度光刻系统Quantum X加工出了具有优异光学性能的双层透镜（下方左图）。采用非球面面型设计的透镜对聚焦效率有明显提升，并且双层透镜对比单层透镜在时场上有明显提升（下方右图）。“我们设计、打印和优化了直径为300微米的空气间隔双透镜。优化后，双透镜的顶部透镜残余形状偏差小于100纳米，底部透镜残余形状偏差小于20纳米。我们利用USCF1951分辨率测试图表检查光学性能，发现分辨率达到645线对每毫米。” ---Harald Giessen课题组在实验中，研究人员引入了传统的双光子聚合技术（2PP)与先进的双光子灰度光刻技术（2GL)之间的比较。采用双光子灰度光刻技术加工出的透镜表面无台阶结构（step free），能够带来优异的光学性能。这是由于传统的双光子聚合技术中光斑大小不能全自动进行调节，导致加工出的透镜表面存在台阶结构，而这是微光器件中不希望看到的，因此即使多次对结构进行迭代优化，始终难以有满意的结果。双层透镜在USCF 1951标准的测试中结果高达645lp/mm，其中300微米口径的透镜PV值测量结果达到100nm，研究人员认为此数值有希望到达20nm。USAF-1951是目前唯一公认的能够对光学器件进行测量和量化的标准。尽管会受到系统中的镜头、匀光器、CMOS传感器等各组件性能的影响，也会有人眼识别带来的误差，但是透镜的性能瓶颈是能够明显看出的。测试结果是该透镜的分辨率达到645lp/mm，而在网上能搜索到的商用镜头的Z高数值为200lp/mm左右。也就是说这个数值代表了打印的透镜具有优异光学性能，适用于高要求的图像采集系统和显示系统。上图为使用共聚焦显微镜测试的PV值结果。这个数值反映了透镜设计值与测量值的误差，同时要参考透镜的口径进行评价，测量过程是对双层透镜进行单独测量，上方口径较大的300微米直径的透镜PV值为100nm，下方口径为162微米的透镜PV值为20nm，一般情况下，透镜的口径越大，PV值越难控制。同时，共聚焦测试出空间均方根表面粗糙度为4nm。4nm表面粗糙度和20nm PV值，这两个数值为双层透镜的645lp/mm分辨率提供了基础保证，也证明了双光子灰度光刻技术适用于加工超高精度微光学器件。双光子灰度光刻技术优势传统的双光子聚合技术（2PP) 对比其他加工技术的优势在于加工体素的悬空，可以一步打印出不用支架支撑的具有三维复杂结构的微纳器件，如钟摆结构和倒扣结构。这种比较简单的双光子聚合技术利用均一或变化缓慢的光斑在三维空间内逐层移动将结构加工出，这种技术加工出的结构就像金字塔一样具有一个个台阶，这是因为光斑大小没有随结构形状进行快速变化而产生的。基于传统双光子聚合技术，Nanoscribe公司推出了双光子灰度光刻技术（2GL)。该技术能够将悬空的光斑以1MHz的频率进行4096级调节，软件和硬件上都实现了全自动。结合灰度技术后，由于两个值不再受Z小加工体素的限制，而是依赖于光斑的变化速率与级数，打印结构的形状精度和表面粗糙度可以得到显著提升。双光子聚合技术和双光子灰度光刻技术的对比。左图为双光子聚合技术，右图为双光子灰度光刻技术Nanoscribe公司产品应用经理Benjamin Richter分别使用传统的双光子聚合技术（下图左侧）与双光子灰度光刻技术（下图右侧）加工出一个小姑娘模型，来验证台阶效应的消除。这简直是从低分辨率升级到了4K时代。在提升精度的同时，灰度技术还可以显著提升加工速度。4096级光斑大小调节能够以一层加工出灰阶位数为12bit的结构。Nanoscribe的QX平台系列设备比PPGT2的加工速度提升了1个数量级。 PMID: 36785392 DOI: 10.1364/OE.480472详情请咨询纳糯三维科技官方网站 nanoscribe-solutions.cn联系我们 china@nanoscribe.com德国总部中国子公司Hermann-von-Helmholtz-Platz6,76344 Eggenstein-Leopolds-hafen,Germany上海徐汇区桂平路391号B座1106A+49 721 9819 800china@nanoscribe.com

气体检测仪是一种气体泄露浓度检测的仪器仪表工具，主要是指便携式/手持式气体检测仪。主要利用气体传感器来检测环境中存在的气体种类，气体传感器是用来检测气体的成份和含量的传感器。一般认为，气体传感器的定义是以检测目标为分类基础的，也就是说，凡是用于检测气体成份和浓度的传感器都称作气体传感器，不管它是用物理方法，还是用化学方法。比如，检测气体流量的传感器不被看作气体传感器，但是热导式气体分析仪却属于重要的气体传感器，尽管它们有时使用大体的检测原理。 影响氧气检测仪测定的因素：1.氧气检测仪的污染。 在重新使用氧检测仪时，首先须留意在连接取样管路时是否漏进空气，并且必须认真将漏进的空气吹除干净，尽量不使大量氧气通过传感器以延长传感器寿命。2.氧气检测仪气路系统的简化及洁净。 微量分析要求必须有效排除气路上的各种管件，倒角机阀门，表头等中的死角对样气以致的污染。因此，手动弯管机应尽可能简化气路系统，选用死角小的连接件等。3.管道材质的选择。管道材质及表面粗糙度也将影响样气中氧含量的变化。一般不宜用塑料管，橡胶管等作为连接管路。通常选用铜管或不锈钢管。

“3i奖-2022年度科学仪器行业优秀新品”下半年入围奖评审已经结束，经专业编辑团初审、网络评审团初评，现已确定2022年度下半年入围奖名单。3i奖-科学仪器行业优秀新品，由仪器信息网发起，旨在将在中国仪器市场上推出的、创新性比较突出的国内外仪器产品全面、公正、客观地展现给广大的国内用户。该评选活动自2006年起已经成功举办了十六届，本次是第十七届。该活动自推出以来，受到越来越多的仪器用户、国内外仪器厂商以及相关媒体的关注和重视。在技术评审委员会主席团监督下，经仪器信息网“专业编辑团”初审、”网络评审团“评审，产生了“科学仪器优秀新品”评选活动2022年度入围名单，获“入围奖”的仪器新品进入到年度“提名奖”评审环节。2022年全年申报并审批通过的新品共649台，下半年荣获“入围奖”的仪器新品135台，其中光学仪器及设备共13台，行业专用仪器3台，测量仪器1台。光学仪器及设备、行业专用仪器、测量仪器入围名单如下(排名不分先后)：仪器名称型号创新点公司名称 光学仪器及设备Nicolet RaptIR傅里叶变换红外显微镜 RaptIR查看 赛默飞世尔科技分子光谱 neaSCOPE纳米光谱与成像系统 neaSCOPE查看 QUANTUM量子科学仪器贸易（北京）有限公司 透射电镜气体光热原位系统 CNT-BOH查看 厦门超新芯科技有限公司 多功能材料微区原位表征系统-FusionScope FusionScope查看 QUANTUM量子科学仪器贸易（北京）有限公司 纳克微束高分辨场发射扫描电镜 FE-1050系列 FE-1050系列查看 纳克微束(北京)有限公司 新一代低电压透射电子显微镜-LVEM 25E LVEM 25E查看 QUANTUM量子科学仪器贸易（北京）有限公司 Arctis 冷冻等离子体聚焦离子束电镜 Arctis查看 赛默飞世尔科技电子显微镜 国仪量子钨灯丝扫描电镜SEM3300 SEM3300查看 国仪量子（合肥）技术有限公司 电镜国产液态镓离子源代替进口17135离子源使用 8217150查看 大束科技(北京)有限责任公司 Glacios 2 冷冻透射电镜 Glacios 2查看 赛默飞世尔科技电子显微镜 EBSD探测器Symmetry S3 牛津仪器 Symmetry查看 牛津仪器科技（上海）有限公司 nGauge便携式芯片原子力显微镜 nGauge查看 QUANTUM量子科学仪器贸易（北京）有限公司 高谱成像显微/内窥镜高光谱成像采集系统 HY50系列查看 杭州高谱成像技术有限公司 行业专用仪器全自动透皮扩散系统 KX-ADP-V24查看 大连科翔科技开发有限公司 Cetac APS-7650G 重量法样品制备系统 APS-7650G查看 仪真分析仪器有限公司 HGK-86全自动（食药）二氧化硫检测仪 HGK-86查看 上海赫冠仪器有限公司 测量仪器优可测粗糙度轮廓仪-纳米表面粗糙度检测 EX 230查看 优可测 需要特别指出的是，本次入围评选仅限于2022年上市、2022年12月31日之前申报的仪器新品。有些厂商虽然在网上进行了申报，但在规定时间内没有能够提供详细、具体的仪器创新点说明，有说服力的证明材料以及详细的仪器样本，因此这次没有进入入围名单。另外，非独家代理的代理商提供的优秀国外新品也不能入选。由于本次参与申报的厂家较多，产品涉及门类也较多，对组织认定工作提出了很高的要求，因此不排除有些专业性很强的仪器未被纳入评审范围。该入围名单将在仪器信息网进行为期10天的公示。所有入围新品的详细资料均可在新品栏目进行查阅，如果您发现入围仪器填写的资料与实际情况不符，或非2022年上市的仪器新品，请您于2023年3月3日前向“科学仪器优秀新品”评审委员会举报和反映情况，一经核实，将取消其入围资格。“科学仪器优秀新品”评审委员会联系方式：电话：010-51654077-8027 刘女士传真：010-82051730电子信箱：xinpin@instrument.com.cn“仪器及检测3i奖”，简称“3i奖”（创新Innovative、互动Interactive、整合Integrative），始于2006年，是由信立方旗下网站——仪器信息网和我要测网联合举办，随着科学仪器及检验检测行业的发展需求，应运而生。截至目前已设有12类奖项，记录了行业发展路上的熠熠星光。3i奖作为行业公益奖项，始终秉承着“公正、公平、公开 ”的原则，依托信立方长期合作的业内权威专家和数千万用户进行评审，遴选出代表技术发展趋势的创新产品、表彰科学仪器及检测行业表现卓越的企业、企业家和具有特殊贡献的研发人物等，弘扬正能量，促进行业高速发展。了解更多3i奖详情：https://www.instrument.com.cn/event/prize

近年来，实现微纳尺度下的3D灰度结构在包括微机电（MEMS）、微纳光学及微流控研究领域内备受关注，良好的线性侧壁灰度结构可以很大程度上提高维纳器件的静电力学特性，信号通讯性能及微流通道的混合效率等。相比一些获取灰度结构的传统手段，如超快激光刻蚀工艺、电化学腐蚀或反应离子刻蚀等，灰度直写图形曝光结合干法刻蚀可以更加方便地制作任意图形的3D微纳结构。该方法中，利用微镜矩阵（DMD）开合控制的激光灰度直写曝光表现出更大的操作便捷性、易于设计等特点，不需要特定的灰度色调掩膜版，结合软件的图形化设计可以直观地获得灰度结构[1]。由英国皇家科学院院士，剑桥大学Russell Cowburn教授主导设计研制的小型无掩膜激光直写光刻仪（MicroWriter, Durham Magneto Optics），是一种利用图形化DMD微镜矩阵控制的直写曝光光刻设备。该设备可以在无需曝光掩膜版的条件下，根据用户研究需要，直接在光刻胶样品表面上照射得到含有3D灰度信息的曝光图案，为微流控、MEMS、半导体、自旋电子学等研究领域提供方便高效的微加工方案。此外，它还具备结构紧凑（70cm × 70cm X×70cm）、高直写速度，高分辨率（XY ~ 0.6 um）的特点。采用集成化设计，全自动控制，可靠性高，操作简便。目前在国内拥有包括清华大学、北京大学、中国科技大学、南京大学等100余家应用单位，受到广泛的认可和好评。结合MicroWriter的直写曝光原理，通过软件后台控制DMD微镜矩阵的开合时间，或结合样品表面的曝光深度，进而可以实现0 - 255阶像素3D灰度直写。为上述相关研究领域内的3D线性灰度结构应用提供了便捷有效的实验方案。图1 利用MicroWriter在光刻胶样品表面上实现的3D灰度直写曝光结果，其中左上、左下为灰度设计原图，右上、右下为对应灰度曝光结果，右上莲花图案实际曝光面积为380 × 380 um，右下山水画图案实际曝光面积为500 × 500 um 图2 利用MicroWriter实现的3D灰度微透镜矩阵曝光结果，其中SEM形貌可见其优异的平滑侧壁结构 厦门大学萨本栋微纳米研究院的吕苗研究组利用MicroWriter的灰度直写技术在硅基表面实现一系列高质量的3D灰度图形转移[2]，研究人员通过调整激光直写聚焦深度以及优化离子刻蚀工艺，获得具有良好侧壁平滑特征的任意3D灰度结构，其侧壁的表面粗糙度低于3 nm，相较此前报道的其他方式所获得的3D灰度结构，表面平滑性表现出显著的优势。MicroWriter的灰度曝光应用为包括MEMS，微纳光学及微流控等领域的研究提供了优质且便捷的解决方案。图3 利用MicroWriter激光直写在硅基表面实现图形转移过程示意图图4 利用MicroWriter激光直写曝光在硅基表面转移所得的3D灰度结构的实际测量结果与理论设计比较，其中图a中红色散点表示实际图形结构的纵向高度，黑色曲线为图案设计结果；图b中左为设计图形的理论各点高度，右为实际转移结果的SEM形貌结果，其中标准各对应点的实际高度。综上可以看出其表现出优异的一致性图5 利用AFM对抛物面硅基转移结构的测量与分析，可以看到起侧壁的表面平滑度可以小至3 nm以下，表现出优异的侧壁平滑性 利用MicroWriter激光直写曝光技术，不仅可以直接制备任意形状的硅基微纳灰度结构，而且可以将制备的3D结构作为模具、电镀模板或牺牲层来应用在其他材料上，如聚合物、金属或玻璃等。这种直观化的激光直写技术在诸多维纳器件研究领域中表现出显著的应用优势和开发前景。 参考文献：[1] Hybrid 2D-3D optical devices for integrated optics by direct laser writing. Light Sci. Appl. 3, e175 (2014)[2] Fabrication of three-dimensional silicon structure with smooth curved surfaces. J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS 15(3), 034503 相关参考：英国皇家科学院院士、剑桥大学教授Russell Cowburn介绍：https://www.phy.cam.ac.uk/directory/cowburnr

成果名称 微区X射线残余应力仪 单位名称 北京师范大学 联系人 常崇艳 联系邮箱 changcy@bnu.edu.cn 成果成熟度 □研发阶段 &radic 原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 合作方式 □技术转让 □技术入股 &radic 合作开发 □其他 成果简介： 基于毛细管的微区X射线残余应力仪样机 国内首台基于毛细管X光透镜的应力仪样机研制成功，并在第三届全国喷丸强化学术会议中成功展示，吸引了广大国内国外学者的关注，成为了本次大会的一大亮点，填补了我国微区便携式残余应力仪的空白，相关实验成果被国外杂志Instrumentsand Experimental Techniques接收。 研发关键 现有国产X光残余应力仪的X光源焦斑尺寸大大超过常规衍射仪的焦斑尺寸，毛细管传输X射线的效率要大大降低。在如此苛刻的条件下完成提高应力仪的光强增益，必定要经过毛细管几何参数的优化设计。具体而言，要先建立正确的光源计算模型；根据光束焦斑尺寸，确定透镜的后焦距；透镜的前焦距、透镜长度和外形曲线，以出射光强最大化为基准依次确定。 研究出低粗糙度的毛细管制作工艺条件是另一项研发关键。通过对拉丝温度、拉丝温度梯度分布、送料速度和拉丝速度等多种参数对毛细管内表面粗糙度的影响研究，以获得宽波段、高效率传输大面积发散X光束的最佳制备工艺条件，可使毛细管的效果发挥至最佳。 仪器创新点 可归纳为以下两方面： 微区X射线残余应力仪是首次使用X射线聚焦元件，真正实现微区的残余应力测定功能的技术产品。 在残余应力测定技术方面，通过毛细管X光透镜的使用，首次在国际上提供以发散和会聚为主要光束成分的两种入射X射线，为研究和发展残余应力测定技术提供了新手段。 性能指标 在微区X射线残余应力仪工作距离160mm处，由金属刀口扫描法测量的微分曲线结果显示，该处的光斑尺寸（FWHM）约0.38mm，光斑全宽约0.9mm。计算得到照射在样品的FWHM面积约为0.113，整个光斑面积约为0.636，达到了微区照射效果。 当使用微区X射线残余应力仪测量直径&Phi 2.5mm的钱江弹簧轴向应力（微曲面样品）时，对比常规X射线残余应力仪(配备&Phi 0.63mm光阑准直器)，在不同计数时间下&psi 0° 方向衍射峰高增强10.66倍。同理，衍射强度在&psi 0° 方向增强13.45倍。 当使用微区X射线残余应力仪测量直径&Phi 4mm钢珠（曲面样品）的应力时，应力值测量效果良好，平均应力值在-1295.6MPa左右。而使用常规X射线残余应力仪(配备&Phi 0.4mm光阑准直器)测量样品残余应力则预估值偏差较大，平均应力值仅为-261.8MPa。 应用研发 目前国外品牌X射线残余应力仪产品是以提供微焦斑作为其产品的核心支撑，其优势在于它的焦斑面积小，可使单位面积上的光子数增多，进而提高相对光强。如加拿大PROTO公司旗下诸多产品，焦斑大小仅在0.5mm*0.5mm左右。未来结合微焦斑光源，毛细管X光透镜的优势将得以完全发挥。为此，毛细管X光透镜在微区残余应力方面的研究也会逐步向微焦斑类应力仪倾斜，有望达到微区光强增益在20倍以上。目前已有的实验效果来看，经反复进行优化设计的毛细管X光透镜将很有希望完成这一新目标，前景乐观。 应用前景： 微区X射线残余应力仪将重点应用在轻质合金，细焊缝加工件及弹簧，钢珠等工件的应力测试分析上，涉及领域则既包括高新技术，同时又涵盖常规制造业。如在现代航空航天制造业中，轻质合金部件研制的先进性和可靠性等因素决定着轻质合金材料在现代航空航天制造业中的应用，因此测试分析过程显得尤为必要。而弹簧及其它曲面零件的应力测定，则对确保我国汽车、内燃机、火车、飞机等整机的安全与可靠性，具有极为重要的工程应用价值。 掌握窄焊缝、高应力梯度的残余应力分布规律，需将测试面积控制在极小范围，但这对本身衍射强度极低的钛合金等轻质合金而言，几乎是无法实现的。从国际上最新的测试手段看，中子衍射强度高较为可行，但其运行依赖于中子反应堆，目前仅在法国及德国建有实验基地。因此在我国现有条件下，经济实惠地解决该类问题，微区X射线残余应力仪则是较好的发展方向。而且，随着现代机械领域的迅猛发展，弹簧制造行业无论在生产规模还是产量方面均获得了极大促进，弹簧服役条件的苛刻要求与日俱增，急需研究新的弹簧质量检测方法，微区X射线残余应力仪无疑将成为新选择。 知识产权及项目获奖情况： &ldquo 一种应力仪&rdquo ,专利号ZL201320272397.0, 授权时间:2013年11月06日.

近年来，采用涡动相关(eddy-covariance，EC)方法测量温室气体通量的站点数量在迅速增加，但是要在科学目的、工程标准、安装运行成本和实用性之间做出平衡，寻找到最佳的解决方法，仍是一个具有挑战的工作。从观测结果准确性和精确度来说，选址、建塔等站点设计的环节是重中之重。1、位置选择站点选址的基本原则是，该站点能够尽量观测到全部的研究对象，这涉及到两个问题，一个是方向，一个是架设高度。首先是确定观测区域近几年的主风向，可以参考近几年的气象数据。由于中国大部分地区是季风气候，一般在春夏和秋冬会有两个主风向，这时候要考虑通量仪器的架设方向，实验观测的主要周期等。如果仪器架设方向可以随主风向的改变方便调整，或者实验周期是明确区分了春夏或者秋冬，那么在选址时可以选在观测对象的下风向，这样可以尽可能多的观测到目标对象；如果不能改变通量仪器的架设方向，且是长期定位观测，那尽量将观测地点选址在观测对象的中央位置，或者沿主风向的中点位置，这样可以尽可能的在不改变仪器方向和位置的前提下，观测到尽可能多的研究对象。确定架设高度要满足通量仪器的基本观测条件， 即满足湍流运动的充分交换。一般的架设高度是下垫面冠层高度的1.5到2倍（具体确定观测高度的经验法则见图 1）；在相对平坦和均匀的下垫面条件下，观测距离大约是观测有效高度的100倍（风浪区原理），具体范围需要根据footprint源区计算，随着湍流运动强度和下垫面情况会有所改变。图 1 确定观测高度的经验法则通量源区代表性分析(Footprint分析)是检验一个通量站质量的重要手段，可以用来进行实验方案的设计指导，观测数据的质量控制，以及通过特定传感器的源区分布和来自感兴趣下垫面(植被)的通量贡献，从而对观测结果进行分析解释。图 2 Footprint分析2、下垫面的影响2.1植被类型涡动相关法测量温室气体通量要求仪器安装在常通量层内，而常通量层假设要求稳态大气、下垫面与仪器之间没有任何源或者汇、足够长的风浪区和水平均匀的下垫面等基本条件。在涡动相关传感器能监测到的“源区域”内植被类型均匀一致的情况下，其观测到的通量结果是比较有意义的，可以用来解释生态系统的温室气体收支情况。但当涡动相关传感器的“源区域”覆盖到不同植被类型时，情况就会变得复杂起来。一个极端的例子是：某站点周围具有两种不同的森林植被类型，每天周期性地，白天，风从一种植被类型吹向另一种；夜间，则正好相反。那么，该站点观测得到的通量资料的日平均值将毫无意义。这种极端的情况虽然极少出现，但许多站点都会有微妙的风向变化，在数据分析时需要做仔细考虑。此外，光、土壤湿度、土壤结构、叶面积以及物种种类组成的空间异质性会导致温室气体源／汇强度的水平梯度。而其植被类型的变化也会造成表面粗糙度的变化，当风通过不同粗糙度或者不同源/汇强度表面的区域时，就会产生非常明显的平流效应（Raupach & Finnigan, 1997 Baldocchi et al., 2000）。图 3 不同下垫面的地表粗糙度（参考 于贵瑞&孙晓敏，2006）地表植被类型的突然变化会导致气流的变化，如气流在从高大森林向低矮草地移动时，会在森林边缘形成回流区(如图 4所示)，导致近地面和上方气流方向不一致，其水平长度尺度(距离)等于冠层高度的2-5倍(Detto et al., 2008)。图 4森林边缘附近湍流结构的概念模型（参考Detto et al., 2008）2.2冠层高度通量足迹Footprint描述了EC系统能够观测到的“源区域”，提供了每个表面元素对测量的垂直通量的相对贡献。Footprint取决于观测高度、表面粗糙度和大气稳定度等。如图 5所示，通常来说，传感器的观测高度越高，就越能观测到更远、更广的区域（Horst & Weil, 1994），也便于捕捉植物冠层上方混合良好的边界层中的通量交换。但是观测高度也不是越高越好，在大气层结稳定的条件下（如夜间），过高的观测高度可能会使观测到的“源区域”超出感兴趣的研究区域。因此应该预先计算并确保来自感兴趣区域的通量贡献至少为90％（Gö ckede et al., 2004），在稳定条件下至少50％的时间以确保适当的数据覆盖不同的风向和不同的天气条件。图 5观测高度与通量足迹基于Munger（2012）等确定塔/测量高度（hm）的原则（如图 1），可能存在准确测量实际观测高度和冠层高度的困难，需要考虑后期调整高度的可能性。观测高度必须用三维超声风速计测量路径的中心来确定，其值取决于感兴趣的生态系统的冠层高度（hc），冠层高度值不需要特别准确：采用主要冠层的平均预期高度是合理的。对于冠层高度在生长季节中快速变化的农田、草地和种植园以及同样具有快速变化特性的冰雪下垫面，塔架设计必须考虑允许通过改变塔架高度（例如伸缩式塔架设计）或通过移动传感器来改变测量高度。随着时间的推移为了确保相同的通量观测源区，可以考虑改变测量高度，遵循的原则是测量高度与冠层高度的0.76倍之间的差值保持在一个确定数值的±10%左右。但这种调整的频率不用特别频繁，最多在植被生长期或在积雪季节每隔一周进行。假设在植被生长期开始时的裸土，其测量高度为2 m，在冠层高度达到1.2 米前，不需要改变测量高度；在植被达到1.2米后（例如增加约0.5-0.8米）开始提高测量高度，然后保持测量高度与冠层高度的0.76倍之间的差值保持在一个确定数值。改变表面高度（由于生长和积雪）以及改变测量高度必须准确记录，因为这必须在后期数据处理中考虑。2.3地形影响EC法测量通量假设了地形水平，这样可以保证地形的坐标系和传感器坐标系方向一致，避免平流、泄流效应的影响。图 6复杂地形对EC观测的影响在复杂的地形条件下，风吹过小山时会引起气流的辐合或辐散运动，产生平流效应（Kaimail & Finnigan, 1994）。存在有局地风场影响的站点，在夜间大气稳定，垂直湍流输送和大气混合作用较弱，CO2的水平和垂直平流效应的影响是很重要的（于贵瑞&孙晓敏，2006）。Mordukhovish & Tsvang（1966）的研究表明，斜坡地形能导致水平异质和通量的辐散。对于设在地势较高的观测塔，在夜间对流比较弱时，通常会因CO2沿斜坡泄流而造成大气传输的通量低估，最后导致生态系统净生产力的估算偏高；对于在地势较低沟谷中的观测塔，其问题更加复杂，如果外部的大气平流/泄流通过观测界面进入生态系统，会高估光合作用吸收CO2的能力；如果外部的大气平流/泄流不能通过观测界面，而是从观测界面下部直接进入生态系统，则会在生态系统中暂时储存，最终输出生态系统，造成对呼吸作用的高估。在大多数情况下，实际地形难以满足地形水平的假设，这就需要进行坐标旋转，以消除平流项的影响。当安装铁塔的斜坡坡度特别大时，可以考虑将原本应水平安装的超声风速计调整为与地面平行。3、塔及塔附属设施的影响3.1塔体本身塔本身对观测的影响可分为塔本身对风场的影响，以及塔的偏转、震荡对测量过程的影响两种。3.1.1 对风场的影响自然气流无论是经过几十米的观测塔，还是遇到几毫米的仪器翼梁或电缆，各种尺度的障碍物都会使流线发散，从而导致用于计算通量的流线分离，称为流体失真，流动失真以难以看见的方式影响测量，其影响只能在塔的设计建造阶段进行最小化。在塔的迎风侧（上游），风速受到影响会有所降低。受流动失真影响的逆风距离与障碍物大小的立方成比例，并随着距离的立方体而减小(Wyngaard, 1981, 1988)。在塔的背风侧（下游），风速也减弱，这种效果随着风速的增加而减小（湍流的更快速重构）并且受到障碍物的长度和宽度的影响。图 7 展示了在高塔的迎风侧观察到的风向上的偏转与加速， 图 8则展示了高塔顶部和底部方向迥异的风向。这是由于在背风侧下方产生的回流区造成的，障碍物(塔)尺寸越大，回流区就越容易发展得更大。在塔基通量观测中，森林生态系统的观测常需要10m以上的高塔作为基础，容易导致回流区的产生，回流也增加了向上流动的倾向，并加强了烟囱效应，这可能会显著影响风的测量和干扰混合比梯度。图 7 在塔的迎风侧观察到风向上偏转和加速(引自Sanuki and Tsuda, 1957)图 8 塔顶部的西风流（离地面10米）和离地面2米处的东风回流(引自Vaucher et al., 2004)在建造塔时，尽量选择塔身纤细、结构较少的铁塔，避免对风场的影响，也要注意控制林窗的大小，避免人为形成回流区域。此外，应该尽量减少树木和树枝的移除，因为它们对风的阻力作用可以减少这些回流区域的形成。选择纤细塔体的同时也要保证塔体足够坚固，以确保安全的维护通道和应对整个观测周期中的极端环境。当塔架底座和结构由于受到外界辐射而加热引起对流循环时，可以观察到烟囱效应。这增强了气流的垂直偏转，从而使更多的空气向上移动。烟囱效应取决于基础和塔的质量和热容量、塔的形状、对树冠的干扰程度（清理/切割塔构造的树木）和站点的净辐射量等。烟囱效应是不可避免的，应尽量减少混凝土基础和塔架结构，塔的的横截面也尽量不超过2 x 3 m (Munger et al., 2012)。塔体结构对经过气流的扭曲变形和烟囱效应应该通过专业的方式或通过建模方法（Griessbaum & Schmidt，2009）进行调查（Serafimovich et al., 2011）。3.1.2 对测量过程的影响塔体本身随风速的运动会导致测量中的系统不确定性；塔的移动应限制在0.02 m s-1（即测量风速的精度），并且不应具有在1到20 Hz之间与风向共同变化的力矩（谐波效应）；快速响应加速度设备可用于量化塔运动，逐点校正还需要快速响应测斜仪测量以确定旋转速率以及加速度；由于在塔上工作的人员而导致的塔架运动不会随着风或标量交换而变化，但可能会扰乱风场。3.2塔上横臂在1976年的国际湍流对比实验中，一些报告显示直径0.05 m的水平支撑结构造成的平均上升风速为0.1 m/s (Dyer, 1981)，它大到足以使涡动相关测量无效。因此，风速计安装臂的尺寸也要尽量小，只需要提供一个安全稳定的测量平台就可以了。王国华等利用成熟的计算流体软件，对布置多个支撑观测仪器的支架所导致的大气边界层风场失真进行定量仿真。他们发现，当支架间距小于6倍的支架直径D或来流风向角小于30°时支架附近流场受到明显的相互干扰。通过对不同来流风向及支架间距离模拟结果的对比分析，认为使用多支架进行多点联合观测时，支架应沿垂直于观测地点常年来流主风向的展向布置。为避免不同支架相互干扰，支架间的最小距离L应大于9倍的支架截面直径。此外，横臂本身需要足够稳定以支撑仪表，可以通过增加侧臂和拉索的方式，以避免横臂的扭矩和振荡。3.3塔下建筑物3.1.1一节讨论了塔体本身对风速和风向造成扭曲从而影响风场的作用，塔下其他障碍物（如设备房间、供电小屋等）也存在这种作用，如图 9 所示。图 9 从障碍物侧面看的迎风流畸变和背风侧流畸变的概念图（引自Davies and Miller, 1982）回流效应在高大的森林冠层中最为明显，但较矮的草地和作物冠层也必须考虑，特别是在附近存放其他设备的房屋的情况下。因此，应尽可能地减少这种流动变形源，在不可减少的情况下，障碍物应远离观测塔，避免对风场的影响。参考文献1. 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