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哈尔滨工业大学王伟波获国家专利权

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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学申请的专利一种多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116678866B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-27发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202310624320.3,技术领域涉及:G01N21/65;该发明授权一种多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测方法是由王伟波;马杰;吴必伟;谭久彬设计研发完成,并于2023-05-30向国家知识产权局提交的专利申请。

一种多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测方法,属于光学显微测量技术领域;本发明利用高数值孔径NA物镜下径向偏振光入射结合检偏器实现纵向光学LO声子和横向光学TO声子的同时激发与获取,利用高NA物镜下角向偏振光入射结合检偏器实现LO声子的独立激发与获取。以角向偏振光入射下独立激发的LO峰作为先验信号,实现径向偏振光入射激发的TO峰和LO峰的有效分离,进而消除传统拉曼光谱应力检测方法中TO峰难以激发或难以与LO峰分离引入的原理误差,实现微尺度三轴主应力精确测量;本发明有效提升了复杂应力情况下硅材料和砷化镓材料半导体器件的应力检测精度。

本发明授权一种多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测方法在权利要求书中公布了:1.一种多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测方法,其特征在于:多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测方法通过多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测装置实现,多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测装置包括:激光器、起偏器、半波片、准直扩束系统、S波片、环形孔径光阑、分束器、高数值孔径物镜、样品、二维位移台、反射镜、检偏器、聚焦透镜、光纤、CT式光栅光谱仪、EMCCD相机; 其中:激光器出射端依次放置起偏器、半波片、准直扩束系统、S波片、环形孔径光阑;环形孔径光阑出射端放置分束器;分束镜反射端放置高数值孔径物镜;样品放置于二维位移台且与物镜前焦面对齐;拉曼信号探测路径依次放置反射镜、高通滤光片、检偏器、聚焦透镜、光纤、CT式光栅光谱仪、EMCCD相机;所有光学元件的光学面中心与入射激光和拉曼信号的中心光束形成的光轴重合,所有透镜均垂直于光轴; 激光器的出射波长为532纳米,线宽小于1MHz; 所述半波片与S波片共同构成了偏振转换系统; 所述S波片出射端放置了环形孔径光阑; 所述检偏器用于实现探测拉曼信号的偏振方向选择; 使用光纤作为信号收集输入端口,光纤具有共焦显微成像系统中的“针孔”作用,可阻挡杂散光进入光谱仪进而有效提高系统的共焦性,光纤“针孔”与样品探测点相对于系统共轭; 多偏振态入射显微拉曼光谱应力检测方法包括下列步骤: 1激光器出射光束通过起偏器形成高偏振比线偏振光; 2高偏振比线偏振光通过半波片调制改变矢量偏振方向至指定角度; 3半波片出射光束经过准直扩束系统后入射S波片,当矢量偏振方向与S波片快轴重合时,光束整形为径向偏振光,当矢量偏振方向与S波片慢轴重合时,光束整形为角向偏振光,半波片与S波片构成的偏振转换系统实现了入射偏振矢量的多偏振态选择; 4S波片出射光束经过环形孔径光阑形成中空的环形光束,用于抑制入射光束中低数值孔径分量; 5环形光束由分束镜反射至高数值孔径物镜后端面,经过高数值孔径物镜聚焦对样品进行拉曼信号的激发; 6携带样品应力信息的拉曼信号和无应力信息的瑞利散射信号由同一个高数值孔径物镜收集,收集光束经分束镜滤除大部分瑞利散射信号,由反射镜反射进入高通滤光片滤除残余的瑞利散射信号,高通滤光片出射光束只包含拉曼信号; 7对检偏器透光轴方向进行旋转设置,实现高通滤光片出射拉曼信号偏振方向定向探测选择; 8检偏器出射的拉曼信号由聚焦透镜耦合进光纤,经CT式光栅光谱仪色散后进入EMCCD相机; 9设置入射光束为径向偏振光,结合检偏器偏振探测选择实现横向光学TO声子和纵向光学LO声子的同时激发;对于[001]晶面半导体器件,设置检偏器透光轴方向与[010]晶向平行,实现LO1声子和TO声子的同时激发,设置检偏器透光轴方向与[100]晶向平行,实现LO2声子和TO声子的同时激发;对于[100]晶面半导体器件,设置检偏器透光轴方向与[010]晶向平行,实现LO1声子和TO声子的同时激发,设置检偏器透光轴方向与[001]晶向平行,实现LO2声子和TO声子的同时激发;对于[110]晶面半导体器件,设置检偏器透光轴方向与[-110]晶向平行,实现LO1声子和TO声子的同时激发,设置检偏器透光轴方向与[001]晶向平行,实现LO2声子和TO声子的同时激发; 10设置入射光束为角向偏振光,结合检偏器偏振探测选择实现LO声子的独立激发;对于[001]晶面半导体器件,设置检偏器透光轴方向与[010]或[100]晶向平行,实现LO声子独立激发;对于[100]晶面半导体器件,设置检偏器透光轴方向与[010]或[001]晶向平行,实现LO声子独立激发;对于[110]晶面半导体器件,设置检偏器透光轴方向与[-110]或[001]晶向平行,实现LO声子独立激发; 11使用EMCCD相机记录不同偏振态入射下激发的光学声子信号,将角向偏振光入射下激发的LO峰作为先验信号,LO峰的峰值位置记录为ω3,从LO峰和TO峰同时激发的模式中分离出TO1峰和TO2峰,TO1峰的峰值位置记录为ω1,TO2峰的峰值位置记录为ω2,通过公式Δωi=ωi–ω0分别计算出激发声子的拉曼位移偏移量Δω1、Δω2、Δω3;式中ω0为样品材料无应力状态下的拉曼位移波数,应在测量开始前进行标定; 12对于[001]晶面硅材料和砷化镓材料半导体器件,拉曼位移和三轴主应力的关系由下式给出: 对于[100]晶面硅材料和砷化镓材料半导体器件,拉曼位移和三轴主应力的关系由下式给出: 对于[110]晶面硅材料和砷化镓材料半导体器件,拉曼位移和三轴主应力的关系由下式给出: 通过求解方程可知待测样品三轴主应力σ11、σ22、σ33大小;式中p、q、r为声子形变势常数,S11、S12、S44为弹性顺度常数;对于硅材料,p=-1.85ω02,q=-2.31ω02,r=-0.71ω02,S11=7.68×10-6MPa-1,S12=-2.14×10-6MPa-1,S44=12.6×10-6MPa-1;对于砷化镓材料,p=-2.4ω02,q=-2.7ω02,r=-0.9ω02,S11=11.7×10-6MPa-1,S12=-3.66×10-6MPa-1,S44=16.8×10-6MPa-1。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术,可联系本专利的申请人或专利权人哈尔滨工业大学,其通讯地址为:150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号;或者联系龙图腾网官方客服,联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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