基于Mie理论的微体缺陷激光测试技术的理论与实验研究

提出了一种基于瑞利散射定律及米氏理论(Rayleigh & Mietheory)的、在垂直于入射光方向接收散射光以极大提高衬度来检测材料内部微纳米级体缺陷的无损检测新途径,叙述了有关的理论基础,进行了系统的计算机仿真与实验研究,验证了理论的正确性及方案的可行性,说明利用光散射测量微纳米级体缺陷是可行的,进而为下一步的激光扫描层析技术(LST)打下了基础。     

基片表面微球体纳米级缺陷的光散射分析

为了进一步诊断反演出基片及光学元件中杂质缺陷的形态和尺寸,应用Bobbert-Vileger(BV)理论建立两种缺陷粒子的复合光散射模型,通过对场进行矢量球谐函数展开,对基片上缺陷粒子的光散射问题展开讨论,对散射场及微分散射截面进行推导求解。同时将数值计算结果退化为球形粒子与采用扩展Mie理论方法所得结果做了比较,二者吻合较好。通过数值计算考察了不同材质下,形变对微分散射截面的影响。结果表明,金属缺陷的散射更易受形变的影响,而介质缺陷受形变的影响很小。当球缺靠近基底的情况下,微分散射截面受散射角的影响较大;球缺背离基底时,几乎和球形粒子散射曲线重合,因此通过对微分散射截面的计算可以定位反演出球缺的位置和材质。     

LEC GaAs晶片的表面缺陷与晶体缺陷

通过激光散射扫描的宏观检测方法检测非掺杂LEC半绝缘GaAs晶片(100)晶向的抛光片颗粒度时,意外发现一种源自晶体的微缺陷,该微缺陷在晶体中有四个聚集团,这为认识研究此类缺陷的一些宏观性质开辟了新的道路和方法.同时作者通过定性实验断定这种微缺陷为砷沉淀腐蚀后显示的腐蚀坑,并研究了其在整个晶体中纵向逐步减少和径向具有四个聚集中心的分布规律及其产生原因.     

LEC GaAs晶片的表面缺陷与晶体缺陷

通过激光散射扫描的宏观检测方法检测非掺杂LEC半绝缘GaAs晶片(100)晶向的抛光片颗粒度时,意外发现一种源自晶体的微缺陷,该微缺陷在晶体中有四个聚集团,这为认识研究此类缺陷的一些宏观性质开辟了新的道路和方法.同时作者通过定性实验断定这种微缺陷为砷沉淀腐蚀后显示的腐蚀坑,并研究了其在整个晶体中纵向逐步减少和径向具有四个聚集中心的分布规律及其产生原因.     

基于Compton散射的缺陷检测研究

从工程应用的角度出发介绍了一种较新的无损检测方法,即利用Ｃｏｍｐｔｏｎ散射进行工件内部的缺陷检测,指出了利用Ｃｏｍｐｔｏｎ散射进行缺陷检测的意义,分析了其检测原理和数学模型,采用真空电离室对其进行也初步实验,对实验结果进行了分析。并指出了进上步的研究重点和应用前景,实际表明,Ｃｏｍｐｔｏｎ散射法检测具有结构灵活、灵敏度高等优点,在一些特殊卖命具有独到的优势,积极开展这方面的应用研究具有明显的研究意     

红外技术在硅基半导体材料微体缺陷测试中的应用

提出了一种应用Ｍｉｅ氏散射理论，根据硅基半导体材料的红外透射特性，使用红外激光和红外ＣＣＤ摄像机来测试其体缺陷的方法，并给出了实验装置示意图。     

LED用蓝宝石晶片湿法腐蚀清洗技术的研究

介绍了蓝宝石晶片的清洗原理：通过分析蓝宝石的表面净化原理和对湿法腐蚀清洗工艺试验的研究,提出了一种适用于工业化生产蓝宝石晶片的清洗剂和净化工艺,满足了LED领域的蓝宝石晶片表面洁净度要求。     

特征提取在硅内部微/纳米级体缺陷检测中的应用

提出了一种利用特征提取来对硅中微/纳米级体缺陷的激光散射图样进行分析,以获得缺陷大小信息的分析方法.给出了该方法中第一特征值和第二特征值的定义,指出通过所提出的第一特征值及第二特征值即可迅速地判断出缺陷的大小量级所在.这种分析方法具有分析速度快,在体缺陷小于1μm时分辨率高,且可使系统实现自动化等优点.     

硅（外延）片表面结构缺陷的光学无损检测

反射型魔镜检测方法（Ｒ－ＭＭ）是基于“局域波面畸变”缺陷成像原理的一种光学无损检测方法．我们采用Ｒ－ＭＭ方法检测了大量的硅片和硅外延片，非常方便直观地观测到漩涡缺陷、杂质条纹、管道等十多种反映实际生产工艺问题的缺陷，经化学腐蚀对比实验表明，检测结果是可靠的．在本文中，我们还着重讨论了外延层对衬底结构缺陷“放大”作用及其物理机制．并报道了缺陷种类与外延片类型之间存在的一些特殊对应关系．     

灰霾中主要污染物粒子散射特性的研究

分析了灰霾污染天气条件下气溶胶的物理光学特性,研究了PM2.5污染物粒子主要成分,包含硫酸铵、硫酸、硝酸铵和碳质气溶胶等粒子。运用Mie散射理论对此类灰霾粒子的光散射特性进行了研究,分析计算了上述几种粒子组分的散射、吸收、消光效率因子以及散射相函数。结果表明硫酸铵、硫酸和硝酸铵粒子主要以散射作用为主,吸收效应很弱几乎为零,且散射效率因子随尺度参数振荡衰减最终趋于常数2,而碳质气溶胶粒子则表现出较强的吸收效应。最后通过对比不同半径不同粒子的散射相函数,结果表明粒子相函数对粒子大小和复折射率较为敏感,且前后向散射具有一定的对称性。该研究结果可用于大气污染光学遥感监测。     

硅单晶片中的氧及对后续缺陷的影响

通过测量硅晶棒不同部位的氧含量,分析了氧在硅晶棒中的分布规律。结合高温氧化后的缺陷观察结果,研究了氧含量及后续高温生产工艺对硅晶体中缺陷数量的影响。对不同氧含量的两种硅单晶片所生产的功率集成电路进行了失效分析。结果表明,硅单晶片中的氧含量对产品成品率具有重要影响。当氧含量在1.77×10¹⁸~1.87×10¹⁸atoms/cm³及以上时,硅单晶片边缘出现明显的位错排,断面存在大量层错和位错缺陷,部分缺陷进入外延层中的晶体管,造成该处晶体管结漏电。相反,当氧含量偏低时,硅单晶片内的缺陷较少且分布不均,使得硅单晶片受到金属污染时不能有效吸杂而产生失效。     

材料内部热阻热容型缺陷的红外检测模拟研究

在数值传热学的基础上,从理论上对材料内部热阻性、热容性两类缺陷的平板进行了二维温度场的数值模拟,并根据模拟的温度场,对缺陷进行了模拟再现研究。研究结果表明,通过红外温度检测及模拟温度场,可以有效地检测内部缺陷的性质及大小,从而预防和避免事故发生。     

基于Mie氏散射理论的石墨微球颗粒光散射特性研究

本文应用Mie氏散射理论对石墨微球颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得到了消光特性与入射波长及粒子半径,散射强度与散射角以及散射强度与参数x的关系.结果表明,粒子的半径越小,其消光效果越好;入射波长越小,粒子的前向散射强度越强.因此,通过测量前向散射光的分布可以确定微球体颗粒的半径.     

舰船尾流的激光散射特性

根据Mie 散射理论,在认为气泡不相干的情况下,计算了气泡在不同散射方向的散射强度,得出舰船尾流某个横截面上气泡群的光散射特性;计算结果表明气泡群的后向散射增强非常明显;舰船尾流横截面上尾流中心气泡的散射强度远大于尾流边缘处的散射强度,说明利用舰船尾流中气泡与背景海洋中的气泡对光散射的差异来作为鱼雷自导的一种手段是可行的。     

晶片表面几何特性对键合的影响

由最小能量原理导出的键合条件出发,利用线性薄板理论,在同一理论模型框架下,通过量度键合过程能否进行的弹性应变能累积率,分析了晶片表面的宏观尺度的弯曲和微观尺度的起伏对晶片键合的影响,并对所得结果进行了详细讨论．     

海洋悬浮粒子的光学后向散射率特性研究

后向散射率不仅是机载激光雷达探测海水后向散射信号的重要参量,也是海洋悬浮粒子重要的光学特性,根据米氏散射理论及其散射相函数计算公式,推导出了海洋悬浮粒子后向散射率的计算公式.通过对海水中的藻类粒子和悬浮泥沙颗粒散射相函数的分析,获取这两类主要海洋悬浮粒子各自的后向散射率,并进一步分析了后向散射率与粒子半径和波长的关系.仿真计算结果表明,当探测波长一定时,藻类粒子的后向散射率随粒子半径的增大而增大,而悬浮泥沙颗粒的后向散射率随粒子半径的增大而减小;当粒子半径一定时,藻类粒子和悬浮泥沙颗粒的后向散射率均随探测波长的增大而增大.     

基于Mie散射理论的磷化镓粒子散射特性

基于Mie散射理论,对磷化镓微球粒子从紫外光区到红外光区的光散射特性进行了数值计算与理论分析,得到了散射强度与散射角、粒子尺寸参数、偏振度与散射角以及光学截面与粒子尺寸参数的关系。结果表明,入射波长越长,粒子半径越小,散射越弱;并且在红外波段光散射很弱,在散射角90°方向上能观测到线偏振光,这为磷化镓材料的制备与应用提供了理论参考。     

辐射传输方程中的单次散射参数计算

根据米氏(Mie)理论,计算了多分散球形气溶胶粒子的单次散射特性。粒子的尺寸分布为伽马分布,有效半径分别为5.56,7和11μm,分析了0.4～100μm光谱范围内气溶胶粒子的平均消光系数、平均散射系数、单次散射反照率、不对称因子以及相矩阵与粒子的尺寸参数以及折射率的关系。结果表明,在可见光波段,粒子的有效半径对粒子的散射特性影响较小,在更长的波段上其影响较大;单次散射反照率在可见光范围内近似为1,随波长的变化和水滴折射率虚部随波长的变化曲线正好相反,这说明影响其大小的主要因素为粒子的折射率,即虚部越大则反照率越小;且极化率对粒子的尺寸比相函数更敏感。     

旋转微椭球体光散射的研究

采用了Eikonal近似方法对旋转微椭球体颗粒光散射进行了理论研究，并把旋转微椭球用其等效的球来近似，进而应用Mie散射理论对旋转微椭球体颗粒光散射进行数值计算，并对计算结果进行了分析。结果表明，旋转微椭球体颗粒散射光振幅分布与其位置(θo、θo)、离心率及入射光波长有关，并与其内、外切球的光散射情况接近。