西北大學顯微技術新突破——可用於納米機械亞表面成像

最近，美國西北大學的研究人員宣布了關於掃描近場厚度共振聲學顯微鏡（SNTRAM）的最新研究進展—這是一項具有尖銳相位對比度和機械靈敏度的成像技術，可廣泛應用於半導體結構以及各種其他材料的納米機械成像中。相關研究內容發表在ACS Nano期刊上("Thickness Resonance Acoustic Microscopy for Nanomechanical Subsurface Imaging")。

聲波可被用於測量多種材料性能，如厚度、聲速、聲阻抗、密度、體積彈性模量和衰減等。由於聲波屬於彈性應變波，可以穿過各種材料，而不對它們產生任何損害，因此可用於非侵入式內部結構成像，已經在醫學成像中獲得廣泛使用。

納米級的空間解析度可以通過結合原子力顯微鏡（AFM）和超聲波顯微鏡來實現——使用AFM探針作為彈性波的局部機械探測器。

然而，將超聲波與AFM相結合目前仍然是一個正在發展的研究領域，對其物理檢測機理的理解以及表面或者內部性質檢測靈敏度的確定尚處於研究中。

儘管目前基於超聲波的方法已經取得了一些進展，但目前仍然存在一些挑戰：a)傳輸高信噪比的超聲波到樣品的另一側可以產生什麼程度的圖像對比度？b)在相位的急劇變化時，如何實現更好的解析度來敏感地檢測材料性質的變化？(尤其當兩種材料機械性質相近時)

在這項新開發的SNTRAM技術中，研究人員利用與樣品厚度共振頻率相同的正弦彈性波來激發樣品，並且以接觸模式操作AFM懸臂。樣品就會通過其下方的壓電感測器以其自然共振頻率諧振。

厚度共振超聲全息檢測方法示意圖

該研究小組還證明了在厚度共振下激發的樣品相比在非共振和其他聲學技術下具有更大的相位對比度和深度靈敏度。

「我們相信我們的研究進展將填補非破壞性內部成像技術在亞納米空間領域的關鍵空白。」 該論文第一作者，西北大學材料學院副教授Gajendra表示。

來源：nanowerk

文獻鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b02170

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