等离子电光仪

p　　strong仪器信息网讯 /strong2019年10月31日，由牛津仪器主办的“2019牛津仪器等离子技术研讨会——光电及微机电器件制造工艺解决方案”在湖北武汉隆重举行。本次会议是一次针对等离子技术在光电及微机电应用领域的信息共享盛会，参会人数近百人。来自中山大学、华中科技大学、德国Axitron、深圳珑璟光电、湖南启泰传感科技、以及牛津仪器的技术专家为到会人员讲解了半导体行业前沿动态和等离子技术应用实例。仪器信息网在会议期间采访了牛津仪器等离子技术部中国区经理陈伟和中国区市场与工艺高级部门经理方子文博士，听两位大咖谈半导体产业和等离子技术的最新进展。/pp　　牛津仪器等离子技术部中国区经理陈伟首先对到场人员表示欢迎，并作“牛津仪器等离子技术部全产品介绍”的报告。牛津仪器诞生在牛津大学，并在1959年成为第一家独立于牛津大学的商业机构，恰好今年也是牛津仪器的60岁生日。世界只有一个硅谷，在美国 世界只有一个光谷，即武汉光电发展产业园，这也是牛津仪器选择在武汉举办第三次用户会的原因。牛津仪器目前关注的重点主要有三部分：光电子、传感器、射频和功率器件 并且牛津仪器超过50%的用户都是量产型用户。其他在研的领域还有二维材料和原子层镀膜刻蚀等，这些领域可能在未来3-5年后才会产生应用。牛津仪器等离子产品主要集中在刻蚀和沉积两块，陈经理介绍了铌酸锂在体声波传感器应用、ICP、PECVD 离子束产品、离子束刻蚀、离子束沉积等内容。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/8dacdfad-60e0-4a08-957b-8b2be967ceec.jpg" title="陈伟.jpg" alt="陈伟.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong牛津仪器等离子技术部中国区经理 陈伟/strong/pp　　中山大学教授蔡鑫伦作“基于硅-铌酸锂复合基底的马赫-曾德尔调制器”的报告。光电子芯片是光通信的基石，而硅基光电子器件是目前最有前景的集成平台，具有高集成度和CMOS兼容带来的低成本等优势。硅基电光调制器是其中最重要的部分，能把电域转化成光域，使得器件速率提高。硅基电光调制器目前主要有传统硅基调制器和硅基异质集成两种(如石墨烯/硅、聚合物/硅、磷化铟/硅、铌酸锂/硅等)。铌酸锂材料具有优秀的电光、声光、压电等性质，但面临折射率差小、尺寸大、集成度低、效率低等问题。使用干法刻蚀工艺制备的铌酸锂薄膜材料在垂直方向上可形成高折射率差，具有折射率差大、尺寸小、集成度高、效率高等优势。2018年，哈佛大学发表的铌酸锂材料做到了半波电压1.4V，电光带宽40GHz，速率210Gbit/s 2019年，中山大学取得了进一步的突破，半波电压提升到1.6V，电光带宽提升到了45GHz，速率提升到了220Gbit/s。铌酸锂薄膜与硅光结合，全面突破电光调制器的性能瓶颈，能够更好地支撑下一代光通信技术。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/176f1ba3-e146-4a90-944a-6284c5ea47b0.jpg" title="蔡鑫伦.jpg" alt="蔡鑫伦.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "　　strong中山大学教授 蔡鑫伦/strong/pp　　牛津仪器等离子技术部邓丽刚作“磷化铟半导体化合物光子器件等离子等离子刻蚀工艺综述”的报告。邓丽刚在牛津仪器工作了超过25年，在等离子刻蚀等领域具有超过30年的经验,长期在英国从事等离子体刻蚀等方面的工作。磷、铟等广泛应用于光电子器件中，报告中介绍了不同的器件对于工艺的基本要求、基本的等离子体概念、由基本概念引申出等离子体刻蚀影响因素以及如何利用这些概念调制刻蚀形貌 还介绍了DFB激光器的刻蚀工艺、器件损伤和工艺的重复性等。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/8c3e4706-f280-4738-9372-fd82b27bf801.jpg" title="邓丽刚.jpg" alt="邓丽刚.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong牛津仪器等离子技术部 邓丽刚/strong/pp　　湖南启泰传感科技有限公司董事长王国秋作“薄膜压力传感器与物联网发展”的报告。压力传感器，由于压力源会造成表面变形，导致破坏性作用，使得传感器面临损坏、失效、寿命缩短等问题，目前国内主要使用进口产品。湖南启泰传感制造的压力传感器应用了金属基底，不但弹性更好、稳定性高、可靠性好、温度适应性好(-200℃-200℃)，而且避免了使用硅和陶瓷材料的极端高压适应性问题 王总还以消防行业为例，阐述了物联网动态监测对于下一代压力传感器的革命性变革。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 237px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/c07e59d6-debf-4766-9d80-6a00a7129eb6.jpg" title="湖南启泰传感科技有限公司董事长 王国秋.jpg" alt="湖南启泰传感科技有限公司董事长 王国秋.jpg" width="400" height="237" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong湖南启泰传感科技有限公司董事长 王国秋/strong/pp　　深圳珑璟光电技术有限公司赵硕博士作“AR光学方案趋势”的报告，介绍了AR和VR市场目前发展趋势及相关技术方案、衍射波导相关内容以及AR仪器在现实场景中的应用。赵博士认为，VR和AR市场取代手机是一个必然的发展趋势，2025年AR市场将达到8000亿美金以上。华为、英特尔、高通、微软、苹果等行业巨头已经在AR领域开始布局，其中，AR眼镜产品将成为焦点，而光学模组限制了AR场景的使用，且成本占比接近50%，是AR产品的重要元部件。 赵博士介绍了深圳珑璟光电在棱镜、Birdbath、阵列光波导、光栅的产品研发计划以及在G端、B端、C端的应用。br//pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/0faa9bd8-d9dd-4e5a-8c16-0e3d45edf8fd.jpg" title="赵硕.jpg" alt="赵硕.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong深圳珑璟光电技术有限公司 赵硕/strong/pp　　华中科技大学引力中心刘骅锋教授作“基于硅基刻穿工艺的高精度MEMS加速度计”的报告，介绍了MEMS火星微震加速度计原理及关键技术，包括高深宽比体硅刻穿工艺、高精度位移传感技术、电磁力反馈控制技术、温度自补偿技术、冲击过载保护技术、低应力封装技术等。刘教授还在现场播放了来自火星的风声，令现场观众耳目一新。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/d22f4dee-1b9e-414c-9444-386f844bd6ce.jpg" title="刘骅锋.jpg" alt="刘骅锋.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong华中科技大学 刘骅锋/strong/pp　　牛津仪器等离子技术部邓丽刚作“VCSEL及其他镓砷-铝镓砷等离子刻蚀工艺”的报告，通过大量实例介绍了VCSEL解决方案和镓砷-铝镓砷的刻蚀工艺。报告后，邓丽刚向参会观众提出两个与VCSEL有关的基础性问题，并为两位答题观众颁发了奖品。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/c03d2870-7b58-4670-a0b6-6d1d35a372c2.jpg" title="邓丽刚为答题者颁奖.jpg" alt="邓丽刚为答题者颁奖.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong牛津仪器等离子技术部邓丽刚为答题者颁奖/strong/pp　　Axitron公司中国区市场与工艺高级部门经理方子文博士作“III/V族光电设备的大批量外延制造”的报告，介绍了VCSEL具体在砷化镓基、磷化铟基方面的应用以及Micro LED在显示方面标杆性的工作。方博士表示，VCSEL器件的出现已经很多年历史，但落实到生产要考虑到良率等问题，比如在均匀性方面，要考虑厚度均匀性、组分均匀性，另外也要考虑成本问题 尺寸在50微米以下的Micro LED产品，在未来必然会替代LCD、OLED等，但这离不开业界的努力，其市场相比于LED照明市场更加广阔，是LED市场的10倍以上。市面上见到的Micro LED产品其实还没有实现量产，而目前工业届最大的问题就是量产，Axitron公司也正在解决如何实现低成本、高良率生产问题，因为只有这样才能打开更广阔的市场。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/db4f3c98-a467-4476-8443-c2b69cc8e72a.jpg" title="方子文.jpg" alt="方子文.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strongAxitron公司中国区市场与工艺高级部门经理 方子文/strong/pp　　牛津仪器纳米分析部马岚博士作“半导体材料的表面分析”的报告，介绍了EDS及EBSD在半导体中的应用以及原子力显微镜在半导体中的应用。EBSD主要用于长程有序的结晶半导体样品分析，如微焊点等。EBSD能通过采集周期性样品表面所产生的衍射电子信号，确定样品晶体结构、晶粒取向、晶粒尺寸和界面分布，可以用于芯片的失效分析。随后，马岚博士也就原子力显微镜如何分析半导体表面粗糙度、形貌、缺陷等进行了详细介绍。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/e05c777d-cf78-47be-8e59-4999118212af.jpg" title="马岚.jpg" alt="马岚.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"/ /pp style="text-align: center "strong 牛津仪器 马岚/strong/pp style="text-align: center "strongimg style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 400px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/02f3ede5-bd2f-4713-b0d0-d61cde0ce5ee.jpg" title="颁奖_副本.png" alt="颁奖_副本.png" width="400" height="400" border="0" vspace="0"//strong/pp style="text-align: center "strong牛津仪器为报告人颁奖/strong/pp style="text-align: left "　　仪器信息网还在会议期间采访了牛津仪器等离子技术部中国区经理陈伟和Axitron公司中国区市场与工艺高级部门经理方子文博士，了解国内半导体产业发展现状与等离子技术发展的趋势。br//pp　　strong牛津仪器：/strongstrong以客户需求为中心 以行业应用为导向/strong/pp　　陈经理谈到，得益于国内政策导向的支持与半导体芯片企业的飞速发展，牛津仪器凭借着每年10%以上的科研投入保持着两位数的高速增长。一方面，牛津仪器迎合客户需求，积极推陈出新，关注化合物半导体的发展，尤其是在光电、能源领域 另一方面，牛津仪器积极发展等离子体技术，比如在等离子体低损伤方面，不同于传统ICP以时间为单位，新型原子层刻蚀以每个Cycle为单位，刻蚀可以控制在原子层级别，精度大幅提升。/pp　　牛津仪器目前超过50%的用户都是量产型用户，通过举办类似的线下用户会，与用户面对面交流，第一时间了解到用户的问题和攻克的难点，确定攻克方向上的优先顺序。在传统领域，牛津仪器主要是帮助量产型用户提升产能、良率 在新领域研发方面，牛津仪器也在关注二维材料等领域，虽然三到五年内尚不会成为主流，但其发展潜力看好。包括砷化镓，碳纳米管以及二硫化钼等低维材料都有希望成为替代硅的晶体管材料。目前，客户对等离子技术的需求日益提高，以无机材料中的化合物半导体为例，随着芯片的迭代升级，对频率和功率的要求更加严格，不仅要朝着刻蚀的无损化的方向发展，还要求一台设备能对应更多类型的材料，这都是牛津仪器目前在研发的方向。/ppstrong　　Axitron公司：将与牛津仪器密切合作 携手促进等离子技术发展和半导体相关产业升级/strong/pp　　方博士表示，Axitron公司与牛津仪器是上下游的合作关系，比如在薄膜的沉积和刻蚀方面，双方合作攻克新材料，从硅基材料到新型化合物半导体材料，如砷化镓及磷化铟等新兴材料。目前，化合物半导体材料在性能上比硅强，但是化合物半导体材料的普及主要还是集中在成本上，这包括了整个行业长期的质量验证过程以及行业整体“量”上的提升。以LED蓝宝石衬底为例，过去单片成本高昂，但随着政府的支持和大量工厂的兴起，单片成本大幅降低。在这个过程中，科研用户在化合物半导体领域进行初筛，选择最具量产前景的半导体新材料 工业用户主要负责降低单位成本，比如基台的成本和消耗，保证产能和良率的提升和化学源效率的提高。/pp　　对于国内半导体产业面临的问题，方博士也指出，国内产业在数据分析方面还停留在初级阶段，产品质量出现问题才由工程师人为分析，尚未建立起工业的自动化，进行常见参数如温度、压力与对应产品批次的质量分析。对于国内半导体产业技术相对落后的问题，牛津仪器和Axitron公司也经常为客户做一些技术分享，帮助半导体相关产业升级。/pp　　陈经理最后谈到，中国市场对于牛津仪器意义非凡，在整个亚太市场都占有很高的比重，牛津仪器也会重视中国市场的巩固与开拓，未来考虑将在上海建立DEMO实验室，帮助用户提供专业解决方案。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/aa4ca30d-bd3b-434f-ab51-7ad34ef13c6c.jpg" title="Axitron公司方子文博士（左）和牛津仪器经理陈伟（右）.jpg" alt="Axitron公司方子文博士（左）和牛津仪器经理陈伟（右）.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strongAxitron公司方子文博士(左)和牛津仪器等离子技术部中国区经理陈伟(右)/strong/pp　　本次会议在武汉隆重举行，牛津仪器与用户进行了深入的交流讨论，对于用户痛点以及未来的发展方向有了更加清晰的认知，也帮助用户解决了科研生产中的工艺问题，会议取得了圆满成功。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 266px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/897cf5fb-7e61-4f7d-9275-41ac011fb8f7.jpg" title="获奖.jpg" alt="获奖.jpg" width="400" height="266" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong研讨会期间还举办了抽奖环节，牛津仪器为与会老师提供了丰富的奖品/strong/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 267px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/e67b1886-c314-44cd-b252-629652092789.jpg" title="会后热烈讨论.jpg" alt="会后热烈讨论.jpg" width="400" height="267" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong会后热烈讨论/strong/ppbr//p

研究镀层特性，有哪些常用的分析技术?　　如今，大多数材料不是多层结构，如薄膜光伏电池、LED、硬盘、锂电池电极、镀层玻璃等就是表面经过特殊处理或是为改善材料性能或耐腐蚀能力采用了先进镀层。为了很好地研究和评价这些功能性镀层特性，有多种表面分析工具应运而生，如我们熟知的X射线光电子能谱XPS、二次离子质谱SIMS、扫描电镜SEM、透射电镜TEM、椭圆偏振光谱、俄歇能谱AES等。　　为什么辉光放电光谱技术受青睐?　　辉光放电光谱仪作为一种新型的表面分析技术，虽然近年来才崭露头角，但已受到了越来越多的关注。与上述表面分析技术相比，辉光放电光谱仪在深度剖析材料的表面和深度时具有不可替代的独特优势，它的分析速度快、操作简单、无需超高真空部件，并且维护成本低。　　辉光放电光谱仪最初起源于钢铁行业，主要被用于镀锌钢板及钢铁表面钝化膜等的测定，但随着辉光放电光谱技术的逐步完善，仪器的性能也得以提升，可分析的材料越来越广泛。　　其性能的提升表现在两方面：一方面随着深度分辨率的不断提升，辉光放电光谱技术已可以逐渐满足薄膜的测试需求。现在，辉光放电光谱仪的深度分辨率可达亚纳米级别，可测试的镀层厚度从几纳米到150微米，某些特殊材料可以达到200微米。　　另一方面是辉光源的性能改善，以前辉光放电光谱仪主要用于钢铁行业的测试，测试的镀层样品几乎都是导体，DC直流的辉光源即可满足该类测试，但随着功能性镀层的不断发展，越来越多的非导体、半导体镀层出现，这使得射频辉光源的独特优势不断凸显。射频辉光源既可以测试导体也可以测试非导体样品，无需更换任何部件和测试方法，使用方便。如果需要测试热敏材料或是为抑制元素热扩散则需选用脉冲射频辉光源。脉冲模式下，功率不是持续性的作用到样品上，可以很好地抑制不期望的元素扩散或是造成热敏样品的损坏，确保测试结果的真实准确。　　辉光放电光谱的工作原理　　辉光放电腔室内充满低压氩气，当施加在放电两极的电压达到一定值，超过激发氩气所需的能量即可形成辉光放电，放电气体离解为正电荷离子和自由电子。在电场的作用下，正电荷离子加速轰击到(阴极)样品表面，产生阴极溅射。在放电区域内，溅射的元素原子与电子相互碰撞被激化而发光。辉光放电源的结构示意图，样品作为辉光放电源的阴极　　整个过程是动态的，氩气离子持续轰击样品表面并溅射出样品粒子，样品粒子持续进入等离子体进行激化发光，不断有新的层在被溅射，从而获得镀层元素含量随时间的变化曲线。　　辉光放电等离子体有双重作用，一是剥蚀样品表面颗粒 二是激发剥蚀下来的样品颗粒。在空间和时间上分离剥蚀和激发对于辉光放电操作非常重要。剥蚀发生在样品表面，激发发生在等离子体中，这样的设计可以很好地抑制基体效应。　　氩气是辉光放电最常用的气体，价格也相对便宜。氩气可以激发除氟元素外所有的元素，如需测试氟元素或是氩元素时需采用氖气作为激发气体。有时也会使用混合气体，如Ar+He非常适合于分析玻璃，Ar+H2可提高硅元素的检出，Ar+O2会应用到某些特殊的领域。　　光谱仪的主要功能是通过收集和分光检测来自等离子体的光以实现连续不断监控样品成分的变化。光谱仪的探测器必须能够快速响应，实时高动态的观测所有元素随深度的变化。辉光放电光谱仪中多色仪是仪器的重要组成部分，是实现高动态同步深度剖析的保障。而光栅是光谱仪的核心，光栅的好坏决定了光谱仪的性能，如光谱分辨率、灵敏度、光谱仪工作范围、杂散光抑制等。辉光放电是一种较弱的信号，光通量的大小对仪器的整体性能有至关重要的影响。　　如何进行定量分析?　　和其他光谱仪一样，通过辉光放电光谱仪做定量分析也需要建立标准曲线。不同的是，辉光放电光谱仪的标准曲线不仅是建立信号强度和元素浓度之间的关系，还会建立时间和镀层深度间的关系。　　下图是涂镀在铁合金上的TiN/Ti2N复合镀层材料的元素深度剖析，直接测试所得的信号强度(V)vs时间(s)的数据经过标准曲线计算后可获得浓度vs深度的信息，可清晰的读取各深度元素的浓度。　　想建立标准曲线就会涉及到标准样品，传统钢铁领域已经有非常成熟的方法及大量的标准样品可供选择。然而一些先进材料和新物质，很难找到标准样品做常规定量分析。HORIBA研发的辉光放电光谱仪针对这类样品开发了一种定量分析方法，称为Layer Mode，该方法可以使用一个与分析样品相类似的参比样品建立简单的标准曲线，实现对待测样品的半定量分析。　　辉光放电光谱的主要应用　　除了传统应用领域钢铁行业，辉光放电光谱仪现在主要应用于半导体、太阳能光伏、锂电池、硬盘等的镀层分析。下面就这些新型应用阐述一下辉光放电光谱仪的独特优势。　　1. 半导体-LED芯片　　如上图所示，LED芯片通常是生长在蓝宝石基底上的多镀层结构，其量子阱活性镀层非常薄(仅有几纳米)，而且还包埋在GaN层下。这种结构也增加了分析的难度。典型的表面技术如SIMS和XPS可以非常好表征这个活性镀层，但是在分析过程中要想剥蚀掉上表面的GaN层到达活性镀层需要耗费几个小时，分析速度慢，时效性差。　　辉光放电光谱仪的整个分析过程仅需几十秒即可获得LED芯片镀层中各元素随深度的分布曲线，可快速反馈工艺生产过程中遇到的问题。　　2、太阳能光伏电池　　太阳能电池中各成分的梯度以及界面对于光电转换效率来说至关重要，辉光放电光谱仪可以快速表征这些成分随深度的分布，并通过这些信息优化产品结构，提高效率。分析速度快、操作简单、非常适用于实验室或工厂大量分析样品。　　3、锂电池　　锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。　　锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。　　同理，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。　　辉光放电光谱仪可以通过测试正负电极上各种元素随深度的分布来判定其质量及使用寿命等。　　辉光放电光谱仪除独立表征样品外，还可以和其他分析手段相结合多方位全面的进行表征。如辉光放电光谱仪可以与XPS、SEM、TEM、拉曼和椭偏等技术共同分析。　　总体来说，辉光放电光谱仪是一种非常方便快速的镀层分析手段。它的出现极大地解决了工艺生产中质量监控、条件优化等问题，此外还开拓了新的表征方向。　　关于HORIBA 脉冲射频辉光放电光谱仪　　HORIBA研发的脉冲射频辉光放电光谱仪是一款用于镀层材料研究、过程加工和控制的理想分析工具。脉冲射频辉光放电光谱仪可对薄/厚膜、导体或非导体提供超快速元素深度剖析，并且对所有的元素都有高的灵敏度。　　脉冲射频辉光放电光谱仪结合了脉冲射频供电的辉光放电源和高灵敏度的发射光谱仪。前者具有很高的深度分辨率，可对样品分析区域进行一层层剥蚀 后者可实时监测所有感兴趣元素。　　(本文由HORIBA 科学仪器事业部提供)

1、应用背景 　　等离子体是区别于固体、液体和气体的第四种物质聚集状态。在高能环境下，原子的外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，失去电子的原子变成带正电的离子，这个过程叫电离，这种电离气体就是等离子体，通常由带电离子、自由电子、基态/激发态分子原子和自由基等粒子组成。等离子体在自然界中广泛存在，如太阳、恒星、星际物质、闪电等都是等离子体。 　　激光诱导等离子体(Laser-Induced Plasma, LIP)是通过激光与物质相互作用产生的一种高温、高密度的等离子体状态物质。当高能量的激光脉冲照射到物体表面时，会使得物质迅速加热并部分或完全电离，形成等离子体。伴随形成的等离子体羽流的演化过程具有超高速、持续时间短(一般几百纳秒)、强自发光背景和小空间尺度的特点，这使得其观测变得具有挑战性。 　　本次实验采用中智科仪的逐光IsCMOS像增强相机(TRC411)，拍摄了激光诱导等离子体羽流的形貌演化过程。基于逐光IsCMOS像增强相机的纳秒级快门门控、高精度的时序同步技术和变延迟序列推扫功能，记录了等离子体羽流的完整演化过程。 2、实验方案 　　实验设备： 　　中智科仪逐光IsCMOS像增强相机，型号：TRC411-S-HQB-F F2UV100大通量紫外镜头。 　　实验室所用激光器为镭宝Dawa-200灯泵浦电光调Q纳秒Nd:YAG激光器，波长1064nm，重复频率1-20Hz。采用激光器Q-out输出触发TRC411相机的方式，对相机Gate通道进行变延迟序列推扫，寻找相机与激光器的同步时刻。 　　实验流程： 　　1.实验材料被激发的等离子体羽发光在200nm-500nm左右，因此在镜头前端安装一个430nm的带通滤光片，屏蔽掉1064nm的激发激光和其他杂散光。需要注意观察成像画面中是否有强反射材料，比如样品台的光滑金属反光面或螺丝帽等，为了防止这些强烈反射面的反射光对相机造成损害，需要使用黑色电工胶带将它们遮挡或覆盖。 　　2. 激光器的Q-out触发输出接到示波器，测得同步输出的TTL信号电平为5V@1MΩ，频率与激光输出频率匹配，均为5Hz。TRC411相机可接受的最大外触发信号电平为5V，保守起见，在触发线末端加入了6dB衰减器，将激光器Q-out输出电平减半。 　　3. 由于等离子体的发光强度较大，无法确定所使用的滤光片的衰减倍率是否足够，因此首先将镜头光圈调至最小，设置增益为1800，Gate时间13ns(对应光学门宽3ns)。 　　软件参数设置如下表： 　　4. 对Gate通道进行变延迟序列扫描，最终找到Gate延时起止时刻在700ns至1100ns之间时，可以捕获到等离子体的发光信号。 　　软件参数设置界面： 3、实验结果 　　序列采集SEQ曲线： 　　根据曲线可以看到实验材料被激发的等离子体发光持续时间约为400ns。 　　高功率纳秒脉冲激光激发产生的完整等离子体羽形貌演变过程： 4、结论 　　中智科仪逐光IsCMOS像增强相机具有短至纳秒级的快门，超短的门控可以屏蔽背景噪声，提高信噪比。相机内置的高精度时序控制器可以确保相机与脉冲激光器的同步工作，在确定的延迟捕获等离子体信号。相机的变延迟序列扫描功能可以使相机快速拍摄不同延迟时刻的等离子体信号，获得完整的等离子体演化过程。诸多优势展示了TRC411相机在等离子体诊断方面的重要应用价值。 　　免责说明：中智科仪(北京)科技有限公司公众号发布的所有内容，包括文字和图片，主要基于授权内容或网络公开资料整理，仅供参考。所有内容的版权归原作者所有。若有内容侵犯了您的权利，请联系我们，我们将及时处理。 5、解决方案 　　由中智科仪自主研发生产的逐光IsCMOS像增强相机采用高量子效率低噪声的2代Hi-QE以及第3代GaAs像增强器，光学门宽短至500皮秒 全分辨率帧速高达98幅/秒 内置皮秒精度的多通道同步时序控制器，由SmartCapture软件进行可视化时序设置，完全适合时间分辨快速等离子现象。 　　1. 500皮秒光学快门 　　以皮秒精度捕捉瞬态现象，并大幅降低背景噪声。 　　2.超高采样频率 　　逐光IsCMOS相机目前全分辨率下可达98帧，提供高速数据采集速率，同时可提供实验效率。此外设置使用其中16行的区域下，可以达到1300帧以上。 　　3.精准的时序控制 　　逐光IsCMOS像增强相机具有三路独立输入输出的时序同步控制器，最短延迟时间为10皮秒，内外触发设置可实现与激光器以及其他装置精准同步。 　　4. 创新“零噪声”技术 　　得益于单光子信号的准确识别，相机的暗噪声及读出噪声被完全去除。