Сканирующий акустический микроскоп - Википедия - Scanning acoustic microscope

"Сканирующая акустическая томография" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. SCAT (значения).
Копейка, сканированная в акустический микроскоп на частоте 50 МГц

А сканирующий акустический микроскоп (СЭМ) - это устройство, которое использует сфокусированный звук для исследования, измерения или изображения объекта (процесс, называемый сканирующей акустической томографией). Обычно используется в анализ отказов и неразрушающая оценка. Он также применяется в биологических и медицинских исследованиях. В полупроводниковой промышленности SAM полезен для обнаружения пустот, трещин и расслоений внутри корпусов микроэлектроники.

История

Первый сканирующий акустический микроскоп (SAM) с ультразвуковой линзой 50 МГц был разработан в 1974 г. Р. А. Лемонсом и К. Ф. Куэтом из микроволновой лаборатории г. Стэндфордский Университет.[1] Несколькими годами позже, в 1980 году, Р.Гр. создал первую сквозную ЗРК высокого разрешения (с частотой до 500 МГц). Маев и его ученики в его Лаборатории биофизической интроскопии Российская Академия Наук.[2] Первый коммерческий ЗРК ELSAM с широким диапазоном частот от 100 МГц до 1,8 ГГц был построен в г. Ernst Leitz GmbH группой под руководством Мартина Хоппе и его консультантов Абдулла Аталар (Стэндфордский Университет ), Роман Маев (Российская Академия Наук ) и Эндрю Бриггс (Оксфордский университет.)[3][4]

С тех пор в такие системы было внесено множество улучшений для повышения разрешения и точности. Большинство из них подробно описано в монографии Advanced in Acoustic Microscopy, Ed. к Эндрю Бриггс, 1992, Oxford University Press и в монографии Роман Маев, Основы и приложения акустической микроскопии, Монография, Wiley & Son - VCH, 291 страница, август 2008 г., а также недавно вышедшая в [5].


Принцип работы

Сканирующая акустическая микроскопия работает путем направления сфокусированного звука от преобразователя в небольшую точку на целевом объекте. Звук, падающий на объект, рассеивается, поглощается, отражается (рассеивается под углом 180 °) или передается (рассеивается под углом 0 °). Можно обнаружить рассеянные импульсы, распространяющиеся в определенном направлении. Обнаруженный импульс сообщает о наличии границы или объекта. "Время пролета" импульса определяется как время, за которое он испускается акустическим источником, рассеивается объектом и принимается детектором, который обычно совпадает с источником. Время пролета можно использовать для определения расстояния неоднородности от источника с учетом скорости прохождения через среду.

На основе измерения исследуемому местоположению присваивается значение. Преобразователь (или объект) слегка перемещается, а затем снова озвучивается. Этот процесс повторяется систематически до тех пор, пока не будет исследована вся интересующая область. Часто значения для каждой точки собираются в изображение объекта. Контраст, видимый на изображении, зависит либо от геометрии объекта, либо от состава материала. Разрешение изображения ограничено либо разрешением физического сканирования, либо шириной звукового луча (которая, в свою очередь, определяется частотой звука).

Приложения

- Быстрый контроль производства - Стандарты: IPC A610, Mil-Std883, J-Std-035, Esa и т. Д. Квалификация и быстрый выбор клеев, клея, сравнительный анализ старения и т. Д. - Включения, неоднородности, пористость, трещины в материале

Тестирование устройства

SAM используется для обнаружения подделок, тестирования надежности продукции, проверки процесса, квалификации поставщиков, контроля качества, анализа отказов, исследований и разработок. Обнаружение неоднородностей в кремнии - лишь один из способов использования сканирующей акустической микроскопии для тестирования на рынке полупроводников.

Медицина и биология

SAM может предоставить данные об эластичности клеток и тканей, которые могут дать полезную информацию о физических силах, удерживающих структуры в определенной форме, и о механике таких структур, как цитоскелет.[6][7] Эти исследования особенно ценны при изучении таких процессов, как клеточная подвижность.[8][9]

Также была проведена некоторая работа по оценке глубины проникновения частиц, вводимых в кожу с помощью безыгольной инъекции. [10]

Еще одно перспективное направление было инициировано разными группами по разработке и созданию портативных портативных ЗРК для подповерхностной диагностики мягких и твердых тканей. [11][5] и это направление в настоящее время находится в процессе коммерциализации в клинической и косметологической практике.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Lemons R. A .; Quate C.F. (1974). «Акустический микроскоп - сканирующая версия». Appl. Phys. Латыш. 24 (4): 163–165. Bibcode:1974АпФЛ..24..163Л. Дои:10.1063/1.1655136.
  2. ^ 7. R. Gr. Маев, Принципы и будущее акустической микроскопии, Труды Совместного советско-западногерманского международного симпозиума по микроскопической фотометрии и акустической микроскопии в науке, Москва, Россия, 1-12, 1985
  3. ^ М. Хоппе, Р. Гр. Маев, Редакторы и соавторы, Микроскопическая фотометрия и акустическая микроскопия в науке, Труды симпозиума ФРГ-СССР, Москва, 231 страница, 1985.
  4. ^ Хоппе, М., и Беретер-Хан, Дж., «Применение сканирующей акустической микроскопии - обзор и новые аспекты», IEEE Trans. Ультрасон., Ферроэлектр. Freq. Контроль, 32 (2), 289–301 (1985)
  5. ^ а б R.Gr. Маев, редактор и соавтор, «Достижения в акустической микроскопии и ультразвуковой визуализации высокого разрешения: от принципов к новым приложениям», монография, 14 глав, 400 страниц, Wiley & Son - VCH, апрель 2013 г.
  6. ^ Bereiter-Hahn J; Карл I; Lüers H; Vöth M (1995). «Механические основы формы клеток: исследования на сканирующем акустическом микроскопе». Biochem. Cell Biol. 73 (7–8): 337–48. Дои:10.1139 / o95-042. PMID  8703407.
  7. ^ Lüers H; Hillmann K; Litniewski J; Bereiter-Hahn J (1991). «Акустическая микроскопия культивируемых клеток. Распределение сил и элементов цитоскелета». Клеточная биофиза. 18 (3): 279–93. Дои:10.1007 / BF02989819. PMID  1726537. S2CID  11466285.
  8. ^ Hildebrand JA; Ругар Д; Джонстон Р.Н.; Quate CF (1981). «Акустическая микроскопия живых клеток». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 78 (3): 1656–60. Bibcode:1981PNAS ... 78.1656H. Дои:10.1073 / pnas.78.3.1656. ЧВК  319191. PMID  6940179.
  9. ^ Джонстон Р.Н.; Atalar A; Heiserman J; Jipson V; Quate CF (1979). «Акустическая микроскопия: разрешение субклеточных деталей». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 76 (7): 3325–9. Bibcode:1979PNAS ... 76.3325J. Дои:10.1073 / pnas.76.7.3325. ЧВК  383818. PMID  291006.
  10. ^ Кондлифф, Джейми; Шиффтер, Хейко; Coussios, Константин C (2008). «Акустический метод картирования и определения размеров частиц после трансдермальной доставки лекарств и вакцин без иглы». Журнал Акустического общества Америки. 123 (5): 3001. Bibcode:2008ASAJ..123.3001C. Дои:10.1121/1.2932570.
  11. ^ Фогт, М., и Эрмерт, Х., «Пространственное комбинированное изображение кожи с ограниченным углом с помощью высокочастотного ультразвука», IEEE Trans. Ультрасон., Ферроэлектр. Freq. Контроль, 55 (9), 1975–1983 (2011)