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制造業(yè)與醫(yī)療保健領(lǐng)域的數(shù)字化進(jìn)程和技術(shù)進(jìn)步為社會(huì)帶來(lái)了顯著效益?，F(xiàn)代汽車(chē)（尤其是電動(dòng)汽車(chē)）搭載的電子元件與安全關(guān)鍵電子系統(tǒng)日益增多，必須進(jìn)行全面檢測(cè)。航空工業(yè)中輕質(zhì)復(fù)合材料、及基于極紫外光刻技術(shù)加工的高集成度CPU，GPU的廣泛應(yīng)用，都要求具備對(duì)微米級(jí)和納米級(jí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的新型檢測(cè)能力。隨著產(chǎn)品持續(xù)微型化以及新材料、新生產(chǎn)工藝（如增材制造）的應(yīng)用，眾多行業(yè)都呈現(xiàn)出向微納級(jí)無(wú)損檢測(cè)發(fā)展的趨勢(shì)。

目前新一代具備納米檢測(cè)能力的X射線(xiàn)管，可實(shí)現(xiàn)低至150納米結(jié)構(gòu)的可視化?；谕捷椛涞膾呙栾@微成像、全場(chǎng)透射X顯微和ptychography成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低至幾個(gè)納米的成像精度，如下圖二是瑞士Paul Scherrer Institute （PSI） 的研究人員與洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和南加州大學(xué)合作使用ptychography的技術(shù)以前所未有的高分辨率觀察了微芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了4nm的圖像分辨率，創(chuàng)下了新的世界紀(jì)錄。

圖二 顯示了組成微芯片的不同層。在頂部可以看到較粗的結(jié)構(gòu)，隨著層層向下移動(dòng)，微芯片變得越來(lái)越復(fù)雜 - 使那里的連接可見(jiàn)需要幾納米的分辨率。Paul Scherrer Institute PSI/Tomas Aidukas

工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)飛速發(fā)展的今天，高分辨率、高對(duì)比度的成像能力已成為質(zhì)量檢測(cè)、缺陷分析和材料科學(xué)研究中的核心需求。那么準(zhǔn)確、快速的評(píng)估和測(cè)量這些的設(shè)備的成像分辨極限顯得尤為重要。線(xiàn)對(duì)卡法，是使用線(xiàn)對(duì)測(cè)試卡直接測(cè)試空間分辨率，由于操作方便、簡(jiǎn)捷而被廣泛用于實(shí)際工業(yè) CT 空間分辨率的測(cè)試中。

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圖三. Micro CT分辨率測(cè)試卡截面圖，

特征結(jié)構(gòu)外包裹了一層5μm厚的聚合物保護(hù)層.

如上圖三所示，XRN顯微CT分辨測(cè)試卡是由先進(jìn)電子束光刻技術(shù)在Si3N4薄膜上精密制作金質(zhì)結(jié)構(gòu)。金質(zhì)特征結(jié)構(gòu)的高度為1.5μm，特征細(xì)節(jié)包含了200nm到50μm的26個(gè)線(xiàn)對(duì)組，能滿(mǎn)足大部分顯微成像的應(yīng)用場(chǎng)景，它具有如下特點(diǎn)：

（1）高襯度材料: 4 /1.5/1 μm 金可選

（2）超寬的測(cè)試范圍：0.2-50μm含26中線(xiàn)對(duì)

（3）緊湊的設(shè)計(jì)：含或不含西門(mén)子星圖案

（4）深度的SEM測(cè)試：保證出貨前每片測(cè)試，以保證

測(cè)試精度

（5）保護(hù)層：5μm厚聚合物，以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度和壽命

（6）快遞交付：大量庫(kù)存

（7）質(zhì)量保證：每年交付數(shù)百片

圖四  Micro CT分辨率測(cè)試卡的兩種不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu).

如上圖四的設(shè)計(jì)1，是經(jīng)典垂直緊湊布局的線(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)。此外還可以在線(xiàn)對(duì)卡的基礎(chǔ)上集成西門(mén)子星，能夠定性分析極限分辨率與揭示各向異性，如圖四的設(shè)計(jì)2。其廣泛的特征尺寸，涵蓋了微米到納米尺度，提供了一個(gè)全面的圖案細(xì)節(jié)。還可以針對(duì)各種顯微成像和CT應(yīng)用進(jìn)行定制，確保兼容性和實(shí)用性。

對(duì)于X射線(xiàn)分辨率測(cè)試卡，襯噪比（CNR）是定義成像結(jié)果質(zhì)量的最重要指標(biāo)。它量化了特征結(jié)構(gòu)區(qū)分信號(hào)和噪聲的能力，從本質(zhì)上將實(shí)際結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)與背景干擾分開(kāi)。

CNR=|s-n|/σn，其中s是特征結(jié)構(gòu)處的平均灰度值，n是背景區(qū)域（無(wú)特征結(jié)構(gòu)）的平均灰度值，σn是背景區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)偏差。瑞士XRnanotech通過(guò)與德國(guó)X-RAY WorX公司合作，使用XWT-240-TCHE Plus和XWT-300-CT Plus兩款小焦斑、高加速電壓的光源進(jìn)行了測(cè)試了XRN顯微CT分辨測(cè)試卡在190kV（焦斑2μm）下可以達(dá)到57的襯噪比，在300kV（焦斑4μm）下可以達(dá)到32的襯噪比。詳見(jiàn)下圖五。

圖五. XRN顯微CT分辨測(cè)試卡在190kV（上）

和300kV（下）光源下的襯噪比測(cè)試，襯噪比為57和32.

這些值超越了許多傳統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，比如JIMA RT RC-02分辨率測(cè)試卡在190kV是17的襯噪比，在300kV下是10的襯噪比。這得益于更高的襯度材料，與JIMA RT RC-02的1μm高的鎢相比，1.5μm高的金對(duì)X射線(xiàn)的阻擋能量更強(qiáng)，尤其是高能射線(xiàn)，這才進(jìn)一步提高了襯噪比。

圖六. 使用SEM對(duì)XRN顯微CT分辨測(cè)試卡進(jìn)行出廠(chǎng)測(cè)試.

對(duì)于每一個(gè)XRN顯微CT分辨測(cè)試卡，嚴(yán)格的出廠(chǎng)測(cè)試是必備環(huán)節(jié)。如上圖六所示，XRnanotech會(huì)使用SEM對(duì)每個(gè)圖案細(xì)節(jié)進(jìn)行測(cè)試，包括金的高度以及線(xiàn)寬。最后得到每個(gè)特征尺寸下的平均線(xiàn)寬，其與目標(biāo)值的平均偏差幾乎控制在1%以?xún)?nèi)。用戶(hù)不僅可以更為直觀的了解到XRN顯微CT分辨測(cè)試卡的品質(zhì)，還可以使用這些測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行更加精確、更加定量的一些成像質(zhì)量評(píng)估。

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瑞典隆德大學(xué)的Martin Bech等研究人員使用納米X射線(xiàn)管、閃爍體間接探測(cè)器及高靈敏度的混合像素X射線(xiàn)探測(cè)器搭建了一套用于生物研究的納米CT系統(tǒng)。為了評(píng)估系統(tǒng)的成像能力，研究人員使用了XRN顯微CT分辨測(cè)試卡作為成像分辨率的度量工具，如下圖七所示。上圖為混合像素探測(cè)器在有效像素尺寸150nm下的成像效果，下圖為閃爍體間接探測(cè)器在有效像素尺寸50nm下的成像效果。雖然幾何放大倍率不同，但得益于光源的亞微米焦斑尺寸，兩個(gè)探測(cè)器都能識(shí)別250nm的特性結(jié)構(gòu)。

圖七. XRN顯微CT分辨測(cè)試卡成像效果，上圖使用混合像素探測(cè)器，下圖使用閃爍體間接探測(cè)器.

弗萊堡大學(xué)的David Plappert等研究人員采用微焦點(diǎn)X射線(xiàn)源與CMOS平板探測(cè)器（像素尺寸49.5 μm）搭建了一套開(kāi)放式框架載物臺(tái)的高分辨CT系統(tǒng)。在幾何配置為源-物距（SOD）4mm、源-像距（SDD）840 mm的條件下，使用XRN顯微CT分辨測(cè)試卡進(jìn)行成像，實(shí)現(xiàn)了0.7μm線(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的清晰分辨，并觀察到0.4μm結(jié)構(gòu)的識(shí)別能力，如下圖八所示。

圖八.微焦點(diǎn)X射線(xiàn)源與CMOS平板探測(cè)器搭配，

實(shí)現(xiàn)400nm的特征結(jié)構(gòu)識(shí)別.

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瑞士XRnanotech最新研發(fā)的XRN顯微CT分辨測(cè)試卡已將金結(jié)構(gòu)的高度提升至6μm，進(jìn)一步增強(qiáng)了成像對(duì)比度。如下圖九所示，在100 kV和190 kV的光照條件下，這些高結(jié)構(gòu)仍保持極高的對(duì)比度，這為微米CT系統(tǒng)提供了前所未有的成像基準(zhǔn)。

圖九.在100kV和190kV光照下，6μm高的金質(zhì)Micro CT分辨率測(cè)試卡的成像效果.

在同步輻射或極少數(shù)實(shí)驗(yàn)室成像系統(tǒng)中，可以達(dá)到低幾個(gè)納米的空間分辨率，此時(shí)需要更小特征細(xì)節(jié)的分辨率測(cè)試卡。瑞士XRnanotech憑借其領(lǐng)先的電子束刻蝕、電鍍、原子層沉積技術(shù)，可以提供最小細(xì)節(jié)為10nm的混合分辨率測(cè)試卡。這種混合分辨率測(cè)試卡，50nm以下的特征結(jié)構(gòu)用Ir，50nm以上的特征結(jié)構(gòu)仍用Au，并保持10:1的較高深寬比，如下圖十所示。

圖十.藍(lán)色部分是Ir的特征結(jié)構(gòu)，橙色部分是Au的特征結(jié)構(gòu)，第九個(gè)格子還可為每個(gè)客戶(hù)定制LOGO.

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