用于对结构的界面进行表征的装置和对应装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于对结构(6)的界面进行表征的装置(1)，所述结构(6)包括固态的第一材料和第二材料，所述第一材料和所述第二材料由所述界面分离开。所述装置(1)包括：用于生成第一机械波的机构(2)；用于形成布里渊振荡的机构(2)；用于检测所述布里渊振荡的时间变化的机构(10)；用于响应于所述布里渊振荡的时间变化来辨识所述第一机械波由所述界面的反射或与所述第一机械波想干涉的第二机械波通过所述界面的透射的机构(12)；以及用于确定所述布里渊振荡在由所述第一材料射或透射之前和之后的幅度的变化。本发明专利技术还涉及到表征的对应方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到测量结构特性的领域。更精确地，本专利技术涉及到通过由光脉冲所产生和检测的声波来表征结构。
技术介绍
美国专利US5748318披露了一种用于通过测量薄膜以及介于这些薄膜之间的界面的机械和热特性来表征所述薄膜和界面的系统。在所描述的所述系统中，光在薄层或在由多个薄层构成的结构中被吸收，并且对光反射和透射的变型进行了分析。反射或透射的改变用来提供关于在所述结构中产生的超声波的信息。因此，有可能确定层的厚度以及结构的若干光学特性。专利US5748318因而是本领域普通技术人员已知的泵浦-探测系统。在这样一种系统中，光源是发射固定波长的短脉冲(例如，飞秒脉冲)的激光器以便产生第一光束，所述第一光束在分离器中被分离为“泵浦”光束以及分离为“探测”光束。其后，探测光束的光路或泵浦光束的光路由被伺服控制在适当位置的反射镜所改变。于是已知的是，在所发射光束的影响下所述结构的特性引起了所述探测波的反射(或透射)特性的变化。尤其是，并且以已知的方式，通过观察反射根据时间的变化，有可能确定作为结构的界面的特征的回波。例如，如果所述声波在介质中的传播速度已知，则分析所述回波信号随后使得有可能减少材料的厚度。为了增加所提取的特征的数目，并且特别是速度和厚度二者，则出版物“Evidenceoflaser-wavelengtheffectinpicosecondultrasonics:possibleconnectionswithinterbandtransition”(2001年3月12日出版的物理评论快报(PhysicsReviewLetters)第86卷第12号)描述了如上所述的泵浦-探测装置的使用，但是与波长可调激光相关联，因而使得能改变所发射信号的波长。由于这些波长效应，可能评估某些类型的结构中的厚度特征和速度特征。具体地，如在出版物“Anovelapproachusingpicosecondultrasonicsatvariablelaser-wavelengthforthecharacterizationofaluminumnitridefilmsusedformicrosystemapplications”(世界超声大会(巴黎，2003年9月7日至10日召开)出版的ISBC2952110506中的起始页码793-796中记载)中所描述的，对于针对探测光束透明的结构而言，在引起了振荡出现的材料中出现了一种声光交互作用，而非由回波观察到的简单脉冲。那些振荡被称为“布里渊”振荡并且它们的周期取决于探测的波长以及取决于材料中的声波。利用了振荡的装置的另一示例也在专利申请FR2887334中被描述。不过，使用那些方法可测量的特征的数目保持有限，并且特别是不可能准确地表征表面或界面。
技术实现思路
本专利技术试图解决如上阐述的各种技术问题。尤其是，本专利技术试图提出一种能够以可靠方式表征结构的界面的装置。更具体地，本专利技术试图提出一种可能以可靠方式表征结构的表面(例如，以其粗糙度)或介于所述结构的两层之间的界面(例如以其传声系数/声学透射系数)的装置。因而，在一方面，提供了一种用于表征结构的界面的装置，所述结构包括固态的第一材料和第二材料，所述材料由所述界面分离开。所述装置包括：用于在第一材料中生成第一机械波的机构，例如，用于生成泵浦辐射的机构；用于形成布里渊振荡的机构，包括用于生成被配置用来至少部分地在第一材料中传播的探测辐射的机构；用于检测特别是在所述第一材料中的所述布里渊振荡的时间变化的机构；辨识机构，所述辨识机构被配置用来使用特别是在所述第一材料中的所述布里渊振荡的时间变化来辨识所述第一机械波由所述界面的反射、或与所述第一机械波相干涉的第二机械波的通过所述界面的透射；以及确定机构，所述确定机构被配置用以确定特别是在所述第一材料中的所述布里渊振荡在由所述界面反射或透射之前和之后的幅度的变化。通过监视所述布里渊振荡的幅度的变化，可能评估所述结构的某些物理参数。更精确地，因为布里渊振荡是由声波在所述结构中传播一定距离而形成，则可能观察和利用适合于表征所述结构的波现象，特别是例如在多个波之间的干涉现象，或实际上是由于表面不规则性/不均匀性引起的衍射的效果。优选地，所述确定机构被配置用来根据所述探测辐射的波长确定所述布里渊振荡的幅度的变化。分析不同波长的布里渊振荡使得有可能改进对所述结构的表征，或实际上确定额外的特征。在实施例中，第二材料呈现的声阻抗非常不同于第一材料的声阻抗，例如其为气体，并且：所述辨识机构被配置用来辨识所述第一机械波被所述界面的反射，并且所述确定机构被配置用来确定特所述布里渊振荡在由所述界面反射或透射之前和之后的幅度的变化，以便表征所述界面的粗糙度。在此实施例中，声波在第二材料中由所述界面的透射是可以忽略的，特别是当所述第二材料的阻抗远大于第一材料的阻抗时(所述声波随着所述界面处的符号的改变而被反射)或当所述第一材料的阻抗远大于所述第二材料的阻抗时如此(所述声波在所述界面处在没有发生符号的改变的情况下被反射)。因而，所述第二材料可以是气体，例如空气，即，所述界面可以是所述第一材料的自由表面。在此实施例中，所述装置使得可能通过比较所述布里渊振荡在由所述表面进行反射之前和之后的幅度来表征所述结构的表面特性，例如，粗糙度。所述表面不规则性随后引起了声波衍射现象，这导致受反射的声波分散，并且因而导致所测量的布里渊振荡的幅度的改变。优选地，用于生成探测辐射的机构被配置用来根据待测量的粗糙度的大小来改变所述探测辐射的波长。由单色辐射对物体的表征受到所述辐射的波长的限制。在当前环境下，通过改变所述探测辐射的波长，表征利用了由于在所述结构的表面中的重复模式而具备不同频率的声波。因而，改变所述波长使得有可能表征所述结构的表面中的不同重复模式，即，其粗糙度。在另一实施例中，所述第二材料是固体薄层，并且：所述辨识机构被配置用来辨识出与所述第一机械波相干涉的第二机械波由所述界面的透射，并且所述确定机构被配置用来确定所述布里渊振荡在所述第二机械波由所述界面的透射之前和之后的幅度变化以便表征所述界面的声学透射系数。在此实施例中，干涉发生于两个波之间，其中之一已透射通过界面。取决于所述干涉的幅度，如由所述布里渊振荡所确定，则可能评估由所述界面透射的波的幅度，并且因而所述界面的透射系数。优选地，所述用于在第一材料中生成第一机械波的机构被配置用来分别在所述第一材料和在所述第二材料中同时形成所述第一机械波和所述第二机械波。更精确地，所述两个机械波形成在介于所述第一材料与所述第二材料之间的界面处，所述第一机械波在所述第一材料中传播并且所述第二机械波在所述第二材料中传播。因为所述第二材料是薄的层，则所述第二波由所述第二层的第二表面迅速地反射并且朝向介于所述第一材料与所述第二材料之间的界面返回，且其一部分穿过所述界面，这取决于所述界面的透射系数，以便在所述第一材料中形成第二机械波。因为所述第二机械波是与所述第一机械波同时形成的，则所述两个波彼此相干并且它们可以因此发生干涉，由此导致所测量的布里渊振荡的幅度的变化。优选地，所述装置还包括用于对给出针对所述布里渊振荡对于不同探测辐射波长而言的幅度变化的值的理论模型的参数加以调节的调节机构，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对结构(6)的界面进行表征的装置(1)，所述结构(6)包括固态的第一材料和第二材料，所述第一材料和所述第二材料由所述界面分离开，所述装置包括：用于在第一材料中生成第一机械波的机构(2)，例如，用于生成泵浦辐射的机构；用于形成布里渊振荡的机构，包括用于生成被配置用来至少部分地在第一材料中传播的探测辐射的机构(2)；用于检测在所述第一材料中的所述布里渊振荡的时间变化的机构(10)；所述装置的特征在于，所述装置还包括：辨识机构(12)，所述辨识机构被配置用来使用在所述第一材料中的所述布里渊振荡的时间变化来辨识所述第一机械波由所述界面的反射、或与所述第一机械波相干涉的第二机械波的通过所述界面的透射；以及确定机构(13)，所述确定机构被配置用以确定在所述第一材料中的所述布里渊振荡在由所述界面反射或透射之前和之后的幅度变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.30 FR 14539691.一种用于对结构(6)的界面进行表征的装置(1)，所述结构(6)包括固态的第一材料和第二材料，所述第一材料和所述第二材料由所述界面分离开，所述装置包括：用于在第一材料中生成第一机械波的机构(2)，例如，用于生成泵浦辐射的机构；用于形成布里渊振荡的机构，包括用于生成被配置用来至少部分地在第一材料中传播的探测辐射的机构(2)；用于检测在所述第一材料中的所述布里渊振荡的时间变化的机构(10)；所述装置的特征在于，所述装置还包括：辨识机构(12)，所述辨识机构被配置用来使用在所述第一材料中的所述布里渊振荡的时间变化来辨识所述第一机械波由所述界面的反射、或与所述第一机械波相干涉的第二机械波的通过所述界面的透射；以及确定机构(13)，所述确定机构被配置用以确定在所述第一材料中的所述布里渊振荡在由所述界面反射或透射之前和之后的幅度变化。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述确定机构(13)被配置用来根据所述探测辐射的波长确定所述布里渊振荡的幅度变化。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第二材料是气体，并且其中：所述辨识机构(12)被配置用来辨识所述第一机械波的由所述界面的反射；和所述确定机构(13)被配置用来确定所述布里渊振荡在由所述界面反射之前和之后的幅度变化，以便表征所述界面的粗糙度。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述用于生成探测辐射的机构(2)被配置用来根据待测量的粗糙度的大小来改变所述探测辐射的波长。5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第二材料是固体薄层，并且其中：所述辨识机构(12)被配置用来辨识与所述第一机械波相干涉的第二机械波被所述界面的透射；并且所述确定机构(13)被配置用来确定所述布里渊振荡在所述第二机械波由所述界面透射之前和之后的幅度变化，以便表征所述界面的声学透射系数。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述用于在第一材料中生成第一机械波的机构(2)被配置用来分别在所述第一材料和在所述第二材料中同时形成所述第一机械波和所述第二机械波。7.根据与权利要求5或6相结合的权利要求2所述的装置，还包括用于对下述理论模型的参数加以调节的调节机构(14)，对于不同探测辐射波...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺德·德沃斯，帕特里克·埃默里，阿诺德·勒卢阿恩，
申请(专利权)人：莫纳匹克公司，法国国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR