太赫茲成像在工藝檢測中的應用（二）

因此，對于這種結構的未來傳感應用，直接訪問近場特性是非常重要的，近場特性決定了傳感器與被檢測物之間相互作用的特性。又如，密集的共振結構間耦合作用——引起電磁感應透明效應——可以在相互作用的結構中被直接檢測。有實例結果表明，通過將周期性超材料的長程耦合狀態調諧到所涉及的超分子的各個共振頻率，可以將超材料中的電磁誘導透明率絕對值提高到>80%。

工業晶圓分析

除了科學應用之外，太赫茲成像系統在工業分析方面的應用也越來越多。例如，材料特性的非接觸檢測，通過應用分析模型描述，可以從傳輸的太赫茲信號中探究半導體晶圓和太陽能電池的薄層電阻值（Rsh）或其他載流子相關的特性。例如，Tinkham公式通常用于從半絕緣襯底上的薄導電層（<10μm）獲得的太赫茲透射數據中來提取薄層電阻。

到目前為止，在整個晶圓區域，無法實現分辨率在微米級以上的薄層電阻分布的非接觸測量。然而，這種能力在早期生產階段的直接檢查是必需的，因為通過早期的檢查能有效地優化太陽能電池上微結構的制造工藝，而不是在后續過程中對全加工過的電池單元系列進行繁瑣的測試。

在一個實例中，詳細說明了通過蝕刻膏去除氮化硅層（SiNx）以形成高效的電池單元接觸的過程。在該實例中，蝕刻膏被用來去除開口處的SiNx層。為了找到最佳的蝕刻終點，可通過太赫茲近場透射成像，根據漿料的固化溫度監測SiNx的開口。其目的是充分去除SiNx層，并使擴散層留在接觸層下方，基本上不受薄層電阻的影響。雖然視覺控制可以提供關于SiNx去除過程的完整性的信息，但是它不能提供關于擴散層的剩余量信息。

然而，太赫茲透射成像可以清楚地揭示何時SiNx的開口已經完成，并且擴散層的蝕刻已經開始。甚至可以檢測到由于過度蝕刻引起的p+擴散層的輕微損傷（仍然是可接受的），因為受到分辨率的限制（參見圖2），這是通過視覺控制或其他非接觸Rsh成像方法無法識別的。更重要的是，太赫茲掃描方法不受介質層表面形貌的影響，而只受其下方擴散層的影響。現在，使用Protemics模塊化太赫茲成像系統可以在非常早期的階段可靠地找到蝕刻工藝的最佳終點。

圖2 在三種不同固化溫度220°C、250°C和375°C下，用蝕刻膏去除局部SiNx（“開口”）后，光學顯微鏡圖像（a）和太赫茲圖像（b）以及在相應固化溫度下的蝕刻橫截面示意圖（c）。

太赫茲成像與工業相關的另一個重要應用是毫米波和亞毫米波器件的近場特性表征和質量控制，包括振蕩器、相控陣發射機和光子集成電路（PIC）。如圖3，通過監測已封裝的被測器件（DUT）內產生的太赫茲脈沖的強度，在非接觸和皮秒級分辨率下，實現被測器件太赫茲發射器芯片的特性表征獲取。

圖3展示了一個位于掃描近場微探針下方的被測器件（DUT）以及一張在的太赫茲發射器芯片（尺寸大小1.5 x 4.0mm2）表面上傳播的太赫茲脈沖的示例快照。芯片的邊緣以虛線突出顯示。太赫茲脈沖被精細地轉化為一個球面波，從芯片的中心起源向邊緣傳播；器件中失效或缺陷的位置將表現為散射中心。在該圖像中測量的橫向分辨率/步長為20μm，尖端到器件的距離約為40μm。在20分鐘內總共記錄了2.5萬個太赫茲脈沖軌跡，以記錄超快近場發射的高分辨率影像。

近場測量數據揭示了太赫茲波沿DUT表面的散射和傳播，它可以實現器件失效位置的識別和定位，比如橫向分辨率在幾微米的太赫茲脈沖的散射中心。

通過監測太赫茲波可以識別這些散射中心，而太赫茲波由芯片中心的飛秒激光脈沖產生，并以球面波向邊緣傳播，當傳播脈沖的一部分撞擊到芯片的邊緣時，波會被反射，形成清晰可辨的干涉圖案（見圖3）。注意整個過程發生在40ps以內，圖像的橫向分辨率為20μm。

新一代太赫茲時域光譜模塊具有在各種系統環境中應用的最佳先決條件，例如在我們的近場成像系統中。結合特定用途的太赫茲器件（如微米級分辨率探針）以及任務導向的數據分析，太赫茲成像傳感器將成為太陽能電池和半導體晶圓元件在非接觸質量檢測和無損檢測方面越來越重要的工具。