德国欧库睿因公司Nanofilm产品线为各种薄膜和表界面分析仪器。

 

成像椭圆偏振技术常见问题解答

1)成像椭圆偏振仪和传统椭圆偏振仪有什么区别?

椭圆偏振是一项精确测量薄膜厚度、折射率等参数的应用技术。与传统椭圆偏振仪相比,成像椭圆偏振技术有以下特点:

成像可以让你直观看到样品

通过CCD相机你可以直接看到样品,这样椭偏对比图可以让你直接观测样品的均匀性。对于非常薄的膜,只有椭圆偏振对比图可以成像,常规光学显微镜则无法做到这一点。

精确定位的测量

你可以看到你的样品,所以可以实现精确定位到感兴趣区域的测量。即使样品不需要成像,你也可以确保你的测试在样品均一的、无缺陷的区域测量。传统椭圆偏振仪给出的是一个平均数字。成像椭圆偏振给出的不是平均数字,而是各点的精确数字。

而且,你可以测量线状样品。我们的客户已经成功地在玻璃纤维和人的头发上做了测量。

高横向分辨率

ACCURION的成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3最高可达1微米的横向分辨率,其他传统椭圆偏振仪一直只能实现100-500微米的分辨率。

因此,我们的系统是测量表面微结构、小面积薄膜、或者分析薄膜不均一性的理想仪器。

当然,成像椭圆偏振仪提供理想的纵向分辨率,根据不同的样品,可高于0.1nm。

快速测量

使用ACCURION的成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3-View软件,可以测量厚度分布度,当然包括折射率分布图,这种分布图包含整个视场内的各个像素点。这种照片类似于原子力显微镜的图片。不需要扫描整个样品,整个过程在一分钟内完成。

使用ACCURION的成像椭圆偏振仪,你将拥有一种高分辨率测量薄膜微结构或者薄膜不均一性并且快速有效的薄膜分析技术。因此,使用成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3能够确保得到你想要的样品数据。


2)成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3是否像传统椭圆偏振仪一样,需要激光光斑扫描整个样品?

成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3使用非聚焦光束工作原理。利用物镜和CCD相机你可以在一次测量中得到视场内所有像素点点的椭偏数据。值得一提的是:CCD相机的每一个像素点的测量等同于传统扫描椭圆偏振仪的一次点测量。

一般来说,成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3的视场大小范围从200x200平方微米,到2.5x2.5平方毫米,不同的视场大小取决于不同的物镜选择。对于更大面积的样品,你需要使用我们的手动或自动样品台移动样品。因此,仅大面积样品才需要对试样进行扫描。


3)如何获得高的横向分辨率?

相比较传统微光斑椭圆偏振仪,成像椭圆偏振仪的激光束是平行而非聚焦的。正是由于这个原因,横向分辨率D由物镜的数值孔径NA以及波长λ决定:D = 0.61 λ / NA。

比如,20倍的物镜其物镜的数值孔径NA为0.35nm ,对于532nm的光波长来说,其横向分辨率大约为一个微米。


4)成像椭圆偏振技术能够测量怎样的微小结构试样?

成像椭圆偏振技术能够获得的最高横向分辨率是1微米,这接近于光学衍射极限。为了避免结构边界的测量假象,最小的测量结构必须超过极限分辨率。通常情况下,结构必须不小与三微米以获得可靠的测量结果。


5)能否像传统椭圆偏振仪一样,测量硅基片上的二氧化硅薄膜或其他类似的薄膜?

当然。成像椭圆偏振仪的操作和传统椭偏仪操作基本一致,因此厚度测量对于ACCURION成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3来说也是一项基本功能。

请注意,成像是一个附加的功能。它可以使你对样品有一个直接的观察,这能够确保对你感兴趣的样品区域进行测量。


6)成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3如何进行常规测量?

不需要做特殊的样品前处理,直接将样品放在成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3的载物台上。软件控制直接调节样品高度和最终聚焦扫描器。简单的调节偏振镜和分析镜,可以得到初步的椭圆偏振对比图,实现定性分析。

选择单个或者多个感兴趣区域(选区测量)之后,具体测量步骤如下:

旋转偏振镜和分析镜使探测器得到最小的信号(消光过程),此时得到偏振角和分析角,由此得到椭偏参数Delta和Psi。这个过程的优点是,我们测量获得角度而不是光强变化,这样可以避免由于光源不稳定或检测器非线性带来光强测量的问题。所有的测量都由成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3自动完成。

现在需要对椭圆偏振数据Delta和Psi进行模拟转换从而得到我们最终想要获得的试样信息,如薄膜厚度、折射率或者吸收系数等。由于椭圆偏振仪是模型拟合的技术,这一步非常重要,也需要一些椭圆偏振仪器的使用经验。一个合适的光学模型选定以后,就可以为类似样品做快速测量。

成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3-View软件包含各种模型,适合于初学者使用。更多的,ACCURION提供有针对性的集体培训或个人培训,以帮助使用者更好地掌握椭圆偏振仪使用。


7)使用成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3如何获得全聚焦照片?

通常情况下,成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3物镜的焦平面和试样表面存在一个夹角(入射角)。由于物镜景深的非常小,因此只有非常有限的成像区域可以实现良好聚焦(线状区域,为物镜焦平面和试样表面交线)。

成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3使用机械扫描聚焦工作模式,通过整合视视场内一系列不同焦距的照片从而克服不能全聚焦这种限制。更重要的是,聚焦扫描器结合一系列照片把这样的焦线扩展到整个视野。数码成像过程加倍了图片的聚焦过程,形成整张清晰的照片。

这是ACCURION成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3的独一无二的特性。


8)能不能用成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3测量多层膜?

可以。测量多个参数或多层膜,必须尽可能获得足够多的参数。对于该应用光谱型成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3-SE更适合。


9)能否实现红外波段(> 1000 nm)或紫外波段(< 365 nm)的测量

可以,光谱型成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3-SE可以进行红外波段升级,实现波长范围1000nm<λ<1700nm的红外波段测量。由于物镜和其他相关光学器件的限制,暂时不能测量波长范围大于1700 nm的红外波段。波长小于365 nm的紫外波段升级正在开发中。


10)为什么使用滤光片而不是单色器?

成像椭圆偏振仪需要足够的光强使CCD检测器获得椭圆偏振参数。


11)光谱型成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3-SE有什么优点?

同单波长成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3-SW相比,光谱型成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3-SE可以测量获得更多的数据,因此:

获得更高的精度和可重复性

分析多组参数或多层膜

针对吸收性材料选择一个合适的波长

波长转换优化灵敏度

解决厚膜的厚度不确定性

同时,可实现多波长视野图,厚度或者折射率的索引图,与原子力显微镜的表面绘图类似。

对每一个波长都能得到最高的横向分辨率,这使得光谱型成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3-SE成为微区结构光谱扫描分析领域独一无二的分析仪器。

光谱型成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3-SE使用氙灯光源,波长范围为365-1000nm,分为46个步长,对于很低折射率的样品(玻璃上的DNA,液体环境下的测量),标准配置会配备激光光源。

在光谱型成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3-SE光谱范围内的任何波长,原位成像分析可以直接观测样品,获得包含椭圆偏振信息的对比图。这样就可以直观检测样品的均一性,待检测结构的性质,然后定义测试区域,实现选区测试。用户可以根据实际的应用需求,选择单波长仪器或者光谱型仪器进行测量。


12)是否可能将单波长椭圆偏振仪升级到多波长椭圆偏振仪或光谱型椭圆偏振仪?

可以。ACCURION成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3采用模块化设计,升级非常简单。单波长成像椭圆偏振仪对于绝大多数的实际应用已经足够。我们建议用户先购买单波长成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3-SW,然后再决定是否升级到多波长成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3-MW,或光谱型成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3-SE。


13)自动转角仪的优势是什么?

自动转角仪的优势是:

为多参数分析搜集更多数据

Delta和Psi与波长和入射角相关,自动转角仪可以自动调节入射角从40度到90度,获取尽可能多的独立数据。可以实现全自动的入射角谱线测量。因此,可以获得薄膜的更多参数,比如折射率和厚度。

使不同样品或不同衬底的测量简单化

当入射角接近于被测样品布鲁斯特角的时候,此时椭圆偏振仪具有最高的精度。不同的样品有不同的布鲁斯特角,自动转角仪简化了不同入射角之间的快速切换。 

SPR基片或OptiSlides基片测量

对于专用SPR基片或OptiSlides基片测量,入射角选择需要非常谨慎以获得高分辨率。自动转角仪可以使入射角的分辨率达到0.001度,精度达到0.01度。


14)应该选择什么样的激光光源?

光源的选择取决于实际应用。对于绝大部分的应用我们推荐658nm,20MW的二极管激光光源。该光源整合在标准配置中。对于部分应用,比如像测量低折射率的衬底,或者测量水面以及液体表面的薄膜,我们建议用功率更高的激光器。(如50MW,532nm固体激光器)

有些材料对特定波长的光产生吸收。对于这些应用,可以选择合适波长的激光光源或者定制的多波长光源箱。

对于SPR基片或者OptiSlides基片测量,我们推荐658nm二极管激光,以达到最佳灵敏度。

如果想获得最大的实用性,我们推荐光谱光源盒。


15)样品的尺寸是否有限制?

没有。ACCURION成像椭圆偏振仪Nanofilm_EP3的设计是开放的。对被测试样没有特定的尺寸限制。当然,我们也为用户提供不同行程的手动或者自动样品载物台。

我们同样为客户提供玻璃样品载物台或其他用户订制载物台。


16)能不能测量蛋白在玻璃上的吸附?

能,可以测量蛋白质或DNA在玻璃表面的吸附。蛋白质层的表面密度和折射率会变化很大。不幸的是,蛋白质层的折射率和玻璃的折射率相差不大。这会导致很低的灵敏度,在30%的应用中会遇到这种情况。为了解决这种问题,ACCURION开发出一套专用SPR测试基片OptiSlides。该基片的灵敏度大大高度普通玻璃基片,并且独立于生物材料的具体密度和折射率。OptiSlides可以在空气环境下测量,或者在ACCURION的专用SPR单元或液体试样池内做动力学测试。该动力学测量的灵敏度为30 pg/mm2,所以可以用来测量在抗原抗体分析中分子量为20000DA的抗原。


17)成像椭圆偏振仪是否可以当作布鲁斯特角显微镜来使用?

是,可以。成像椭圆偏振仪由布鲁斯特角显微镜发展而来,并继承布鲁斯特角显微镜所有功能。您唯一要做的就是:把LB槽放在成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3下,把补偿器调为0度,把入射角选为布鲁斯特角,然后可以开始布鲁斯特角显微镜(Brewster Angle Microscope)测量。

任何震动或者空气的流动将会对测量结果产生影响。我们建议配置主动减震平台,同时为仪器配置防尘罩。


18)样品是否需要特殊准备?

不需要。只要把样品放在载物台,然后开始测量。

请注意:椭圆偏振仪是一种模型拟合的测试方法。为了得到更好的测试结果,我们需要知道样品部分信息。如:试样薄膜大致的厚度范围。


19)成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3-SPEM有何优势?

成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3-SPEM联合了两种强大的表界面分析技术:原子力显微镜和成像椭圆偏振仪。它可以让你看到薄膜和表面结构,然后测量纳米尺度细节。

如果您的研究领域为表面分析,需要得到薄膜厚度、光学性质、微米尺度的均一性和概貌以及纳米尺度的粗糙度,ACCURION的成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3-SPEM是最为理想的选择。


20)成像Mapping过程如何工作?

成像椭圆偏振仪可以在30秒内获得10万个像素点的Delta分布图。为了获得这些数据,仪器记录了一系列不同偏振角但是相同分析角的原位图片。因此,样品成像区域的每个像素点的亮度数据可以实现对偏振角的测量。对此进行选择,修正偏振角P 到最小信号从而对每个像素点进行成像。P-map被转化为delta-map,再通过合适的光学模型,将每一个delta数据转化为厚度数据。多参数分析有时需要得到更多的数据,需要在多波长下进行重复Mapping。


21) 对于专用SPR或OptiSlides基片椭圆偏振测量推荐配置是什么?

对于专用SPR基片的成像椭圆偏振分析,我们建议采用单波长小功率激光器。专用SPR基片的金膜厚度需要和波长吻合。为了获得最佳灵敏度,光源的波长应该在620nm到690nm之间。658nm红色激光光源恰好满足要求可以作为分析工具,此时金膜的厚度需要精确计算。

我们推荐使用Kinetic / SPR单元,它包含测量所需的棱镜。ACCURION提供修饰和未修饰的SPR专用基片。

对于OptiSlides基片,我们同样推荐小功率激光器,标准OptiSlides基片更多信息包括:

不需要金膜。

对激光波长没有要求。

BK7棱镜。(Kinetic / SPR单元中包含)

高灵敏度的OptiSlides基片:

建议使用658nm波长激光光源;

不需要使用金层。

BK7棱镜。(Kinetic / SPR单元中包含)


22)动力学测量是否需要专用动力学附件软件?

不需要。动力学附件软件提供了完整测量生物芯片的功能,包括:记录,可视,动力学分析。联合成像椭圆偏振仪Nanofilm_Ep3-View软件,它可以得到测量中的所有相关数据,并且允许在线和离线分析。

同时,动力学测量可以不用动力学附加软件。输出数据允许后续的动力学分析在外部软件中进行。

2018年4月2日 10:49
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