本發(fā)明涉及到測(cè)量結(jié)構(gòu)特性的領(lǐng)域。更精確地，本發(fā)明涉及到通過(guò)由光脈沖所產(chǎn)生和檢測(cè)的聲波來(lái)表征結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

美國(guó)專(zhuān)利US5 748 318披露了一種用于通過(guò)測(cè)量薄膜以及介于這些薄膜之間的界面的機(jī)械和熱特性來(lái)表征所述薄膜和界面的系統(tǒng)。在所描述的所述系統(tǒng)中，光在薄層或在由多個(gè)薄層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中被吸收，并且對(duì)光反射和透射的變型進(jìn)行了分析。反射或透射的改變用來(lái)提供關(guān)于在所述結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的超聲波的信息。因此，有可能確定層的厚度以及結(jié)構(gòu)的若干光學(xué)特性。

專(zhuān)利US 5 748 318因而是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的泵浦-探測(cè)系統(tǒng)。在這樣一種系統(tǒng)中，光源是發(fā)射固定波長(zhǎng)的短脈沖(例如，飛秒脈沖)的激光器以便產(chǎn)生第一光束，所述第一光束在分離器中被分離為“泵浦”光束以及分離為“探測(cè)”光束。其后，探測(cè)光束的光路或泵浦光束的光路由被伺服控制在適當(dāng)位置的反射鏡所改變。于是已知的是，在所發(fā)射光束的影響下所述結(jié)構(gòu)的特性引起了所述探測(cè)波的反射(或透射)特性的變化。尤其是，并且以已知的方式，通過(guò)觀(guān)察反射根據(jù)時(shí)間的變化，有可能確定作為結(jié)構(gòu)的界面的特征的回波。例如，如果所述聲波在介質(zhì)中的傳播速度已知，則分析所述回波信號(hào)隨后使得有可能減少材料的厚度。

為了增加所提取的特征的數(shù)目，并且特別是速度和厚度二者，則出版物“Evidence of laser-wavelength effect in picosecond ultrasonics:possible connections with interband transition”(2001年3月12日出版的物理評(píng)論快報(bào)(Physics Review Letters)第86卷第12號(hào))描述了如上所述的泵浦-探測(cè)裝置的使用，但是與波長(zhǎng)可調(diào)激光相關(guān)聯(lián)，因而使得能改變所發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)。

由于這些波長(zhǎng)效應(yīng)，可能評(píng)估某些類(lèi)型的結(jié)構(gòu)中的厚度特征和速度特征。具體地，如在出版物“A novel approach using picosecond ultrasonics at variable laser-wavelength for the characterization of aluminum nitride films used for microsystem applications”(世界超聲大會(huì)(巴黎，2003年9月7日至10日召開(kāi))出版的ISBC2 9521105 0 6中的起始頁(yè)碼793-796中記載)中所描述的，對(duì)于針對(duì)探測(cè)光束透明的結(jié)構(gòu)而言，在引起了振蕩出現(xiàn)的材料中出現(xiàn)了一種聲光交互作用，而非由回波觀(guān)察到的簡(jiǎn)單脈沖。那些振蕩被稱(chēng)為“布里淵”振蕩并且它們的周期取決于探測(cè)的波長(zhǎng)以及取決于材料中的聲波。

利用了振蕩的裝置的另一示例也在專(zhuān)利申請(qǐng)F(tuán)R 2 887 334中被描述。

不過(guò)，使用那些方法可測(cè)量的特征的數(shù)目保持有限，并且特別是不可能準(zhǔn)確地表征表面或界面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明試圖解決如上闡述的各種技術(shù)問(wèn)題。尤其是，本發(fā)明試圖提出一種能夠以可靠方式表征結(jié)構(gòu)的界面的裝置。更具體地，本發(fā)明試圖提出一種可能以可靠方式表征結(jié)構(gòu)的表面(例如，以其粗糙度)或介于所述結(jié)構(gòu)的兩層之間的界面(例如以其傳聲系數(shù)/聲學(xué)透射系數(shù))的裝置。

因而，在一方面，提供了一種用于表征結(jié)構(gòu)的界面的裝置，所述結(jié)構(gòu)包括固態(tài)的第一材料和第二材料，所述材料由所述界面分離開(kāi)。所述裝置包括：

用于在第一材料中生成第一機(jī)械波的機(jī)構(gòu)，例如，用于生成泵浦輻射的機(jī)構(gòu)；

用于形成布里淵振蕩的機(jī)構(gòu)，包括用于生成被配置用來(lái)至少部分地在第一材料中傳播的探測(cè)輻射的機(jī)構(gòu)；

用于檢測(cè)特別是在所述第一材料中的所述布里淵振蕩的時(shí)間變化的機(jī)構(gòu)；

辨識(shí)機(jī)構(gòu)，所述辨識(shí)機(jī)構(gòu)被配置用來(lái)使用特別是在所述第一材料中的所述布里淵振蕩的時(shí)間變化來(lái)辨識(shí)所述第一機(jī)械波由所述界面的反射、或與所述第一機(jī)械波相干涉的第二機(jī)械波的通過(guò)所述界面的透射；以及

確定機(jī)構(gòu)，所述確定機(jī)構(gòu)被配置用以確定特別是在所述第一材料中的所述布里淵振蕩在由所述界面反射或透射之前和之后的幅度的變化。

通過(guò)監(jiān)視所述布里淵振蕩的幅度的變化，可能評(píng)估所述結(jié)構(gòu)的某些物理參數(shù)。更精確地，因?yàn)椴祭餃Y振蕩是由聲波在所述結(jié)構(gòu)中傳播一定距離而形成，則可能觀(guān)察和利用適合于表征所述結(jié)構(gòu)的波現(xiàn)象，特別是例如在多個(gè)波之間的干涉現(xiàn)象，或?qū)嶋H上是由于表面不規(guī)則性/不均勻性引起的衍射的效果。

優(yōu)選地，所述確定機(jī)構(gòu)被配置用來(lái)根據(jù)所述探測(cè)輻射的波長(zhǎng)確定所述布里淵振蕩的幅度的變化。分析不同波長(zhǎng)的布里淵振蕩使得有可能改進(jìn)對(duì)所述結(jié)構(gòu)的表征，或?qū)嶋H上確定額外的特征。

在實(shí)施例中，第二材料呈現(xiàn)的聲阻抗非常不同于第一材料的聲阻抗，例如其為氣體，并且：所述辨識(shí)機(jī)構(gòu)被配置用來(lái)辨識(shí)所述第一機(jī)械波被所述界面的反射，并且所述確定機(jī)構(gòu)被配置用來(lái)確定特所述布里淵振蕩在由所述界面反射或透射之前和之后的幅度的變化，以便表征所述界面的粗糙度。

在此實(shí)施例中，聲波在第二材料中由所述界面的透射是可以忽略的，特別是當(dāng)所述第二材料的阻抗遠(yuǎn)大于第一材料的阻抗時(shí)(所述聲波隨著所述界面處的符號(hào)的改變而被反射)或當(dāng)所述第一材料的阻抗遠(yuǎn)大于所述第二材料的阻抗時(shí)如此(所述聲波在所述界面處在沒(méi)有發(fā)生符號(hào)的改變的情況下被反射)。因而，所述第二材料可以是氣體，例如空氣，即，所述界面可以是所述第一材料的自由表面。

在此實(shí)施例中，所述裝置使得可能通過(guò)比較所述布里淵振蕩在由所述表面進(jìn)行反射之前和之后的幅度來(lái)表征所述結(jié)構(gòu)的表面特性，例如，粗糙度。所述表面不規(guī)則性隨后引起了聲波衍射現(xiàn)象，這導(dǎo)致受反射的聲波分散，并且因而導(dǎo)致所測(cè)量的布里淵振蕩的幅度的改變。

優(yōu)選地，用于生成探測(cè)輻射的機(jī)構(gòu)被配置用來(lái)根據(jù)待測(cè)量的粗糙度的大小來(lái)改變所述探測(cè)輻射的波長(zhǎng)。由單色輻射對(duì)物體的表征受到所述輻射的波長(zhǎng)的限制。在當(dāng)前環(huán)境下，通過(guò)改變所述探測(cè)輻射的波長(zhǎng)，表征利用了由于在所述結(jié)構(gòu)的表面中的重復(fù)模式而具備不同頻率的聲波。因而，改變所述波長(zhǎng)使得有可能表征所述結(jié)構(gòu)的表面中的不同重復(fù)模式，即，其粗糙度。

在另一實(shí)施例中，所述第二材料是固體薄層，并且：所述辨識(shí)機(jī)構(gòu)被配置用來(lái)辨識(shí)出與所述第一機(jī)械波相干涉的第二機(jī)械波由所述界面的透射，并且所述確定機(jī)構(gòu)被配置用來(lái)確定所述布里淵振蕩在所述第二機(jī)械波由所述界面的透射之前和之后的幅度變化以便表征所述界面的聲學(xué)透射系數(shù)。

在此實(shí)施例中，干涉發(fā)生于兩個(gè)波之間，其中之一已透射通過(guò)界面。取決于所述干涉的幅度，如由所述布里淵振蕩所確定，則可能評(píng)估由所述界面透射的波的幅度，并且因而所述界面的透射系數(shù)。

優(yōu)選地，所述用于在第一材料中生成第一機(jī)械波的機(jī)構(gòu)被配置用來(lái)分別在所述第一材料和在所述第二材料中同時(shí)形成所述第一機(jī)械波和所述第二機(jī)械波。更精確地，所述兩個(gè)機(jī)械波形成在介于所述第一材料與所述第二材料之間的界面處，所述第一機(jī)械波在所述第一材料中傳播并且所述第二機(jī)械波在所述第二材料中傳播。因?yàn)樗龅诙牧鲜潜〉膶?，則所述第二波由所述第二層的第二表面迅速地反射并且朝向介于所述第一材料與所述第二材料之間的界面返回，且其一部分穿過(guò)所述界面，這取決于所述界面的透射系數(shù)，以便在所述第一材料中形成第二機(jī)械波。因?yàn)樗龅诙C(jī)械波是與所述第一機(jī)械波同時(shí)形成的，則所述兩個(gè)波彼此相干并且它們可以因此發(fā)生干涉，由此導(dǎo)致所測(cè)量的布里淵振蕩的幅度的變化。

優(yōu)選地，所述裝置還包括用于對(duì)給出針對(duì)所述布里淵振蕩對(duì)于不同探測(cè)輻射波長(zhǎng)而言的幅度變化的值的理論模型的參數(shù)加以調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以便獲得如由所述確定機(jī)構(gòu)所確定的布里淵振蕩的幅度變化，且以此方式受調(diào)節(jié)的參數(shù)用來(lái)表征所述界面，并且特別是所述界面的聲學(xué)透射系數(shù)。

使用理論模型，可能預(yù)測(cè)可從具有構(gòu)成所述理論模型的參數(shù)的特征(尺寸、品質(zhì)、材料，等等)的結(jié)構(gòu)獲得的布里淵振蕩的形式。因而，通過(guò)調(diào)節(jié)所述理論模型的參數(shù)以便獲得如所觀(guān)察的布里淵振蕩，則可能發(fā)現(xiàn)研究中的所述結(jié)構(gòu)的特征，例如，層的厚度、界面的透射系數(shù)，或甚至層中的聲速。此外，因?yàn)檫@樣的調(diào)節(jié)在或多或少數(shù)目的值上被執(zhí)行，則可能針對(duì)所獲得的結(jié)果選擇所需的精確度。

優(yōu)選地，用于生成泵浦輻射的機(jī)構(gòu)和用于生成探測(cè)輻射的機(jī)構(gòu)是相同的或它們是不同的。

用于生成泵浦輻射的機(jī)構(gòu)和用于生成探測(cè)輻射的機(jī)構(gòu)可包括一個(gè)或兩個(gè)可調(diào)諧的激光源。

替代地，它們可包括用于發(fā)射光的連續(xù)體的兩個(gè)機(jī)構(gòu)。

替代地，用于生成泵浦輻射的機(jī)構(gòu)可包括固定激光源，并且用于生成探測(cè)輻射的機(jī)構(gòu)可包括可調(diào)諧激光源。

在另一方面，本發(fā)明也提供了一種表征所述結(jié)構(gòu)的界面的裝置，所述結(jié)構(gòu)包括固態(tài)的第一材料和第二材料，所述材料由所述界面分離開(kāi)。所述方法包括下列步驟:

在所述第一材料中形成第一機(jī)械波，例如，利用泵浦輻射；

利用至少部分地在第一材料中傳播的探測(cè)輻射來(lái)形成布里淵振蕩；

檢測(cè)所述布里淵振蕩特別在所述第一材料中的時(shí)間變化；

在所述布里淵振蕩特別在所述第一材料中的時(shí)間變化的基礎(chǔ)上，辨識(shí)出所述第一機(jī)械波由所述界面的反射、或與所述第一機(jī)械波相干涉的第二機(jī)械波穿過(guò)所述界面的透射；以及

確定所述布里淵振蕩在所述第一材料中在由所述界面反射或透射之前和之后的幅度的變化。

優(yōu)選地，根據(jù)所述探測(cè)輻射的波長(zhǎng)確定所述布里淵振蕩的幅度的變化。

在一個(gè)實(shí)施方式中，第二材料呈現(xiàn)的聲阻抗非常不同于第一材料的聲阻抗，例如其為氣體，并且：所述第一機(jī)械波由所述界面的反射被辨識(shí)，并且所述布里淵振蕩在由所述界面的反射之前和之后的幅度變化被確定以便表征所述界面的粗糙度。

優(yōu)選地，根據(jù)待測(cè)量的粗糙度的大小來(lái)選擇所述探測(cè)輻射的波長(zhǎng)。

在另一實(shí)施方式中，所述第二材料是固體薄層，并且：辨識(shí)出與所述第一機(jī)械波相干涉的第二機(jī)械波穿過(guò)所述界面的透射，并且確定所述布里淵振蕩在所述第二機(jī)械波由所述界面的透射之前和之后的幅度變化以便表征所述界面的聲學(xué)透射系數(shù)。

優(yōu)選地，所述第一機(jī)械波和第二機(jī)械波分別在所述第一材料中和在所述第二材料中被同時(shí)形成。

優(yōu)選地，給出針對(duì)所述布里淵振蕩對(duì)于不同探測(cè)輻射波長(zhǎng)而言的幅度變化的值的理論模型的參數(shù)被調(diào)節(jié)，以便獲得如所確定的布里淵振蕩的幅度變化，且以此方式受調(diào)節(jié)的參數(shù)用來(lái)表征所述界面，并且特別是所述界面的聲學(xué)透射系數(shù)。

附圖說(shuō)明

當(dāng)閱讀作為非限制性示例給出并且在附圖中圖示出的特定實(shí)施例的下列具體描述時(shí)，本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)可以被更好地理解，附圖中：

圖1是本發(fā)明的表征裝置的圖解視圖；

圖2示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式；

圖3示出在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中可以獲得的結(jié)果的示例；

圖4示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式；

圖5示出在本發(fā)明的第二施方式中可以獲得的結(jié)果的示例；

圖6和7是用于實(shí)施本發(fā)明的方法的流程圖的示例。

具體實(shí)施方式

圖1是示出本發(fā)明的表征裝置1的實(shí)施例的視圖。

裝置1因而包括短脈沖激光源2。來(lái)自所述激光器的短脈沖需要與所需的時(shí)間分辨率匹配?？赡茉O(shè)想使用大約1皮秒(ps)或0.1ps的脈沖。

在第一實(shí)施例中，這個(gè)源是通過(guò)合適振蕩器例如鈦：藍(lán)寶石類(lèi)型而波長(zhǎng)可調(diào)的，能夠以76兆赫茲(MHz)或甚至80Hz的重復(fù)率/復(fù)現(xiàn)率產(chǎn)生120飛秒(fs)脈沖,其中心在適合于在700納米(nm)至990nm的范圍上、或甚至在680nm至1070nm的范圍上的波長(zhǎng)上。

所述源產(chǎn)生由分離器3分離為泵浦輻射4和探測(cè)輻射5的輻射，所述泵浦輻射4和所述探測(cè)輻射5待與所述結(jié)構(gòu)6交互作用用于進(jìn)行分析。

所述探測(cè)輻射5經(jīng)受與泵浦輻射4相比的路徑長(zhǎng)度變化，例如通過(guò)被伺服控制在適當(dāng)位置的可移動(dòng)的反射鏡7而實(shí)現(xiàn)的路徑長(zhǎng)度變化，以便以相對(duì)于所述泵浦輻射而言的時(shí)間偏移達(dá)到結(jié)構(gòu)6。

其隨后由光學(xué)系統(tǒng)8聚焦于是結(jié)構(gòu)6上，并且以信號(hào)9的方式被反射到檢測(cè)器機(jī)構(gòu)10，例如，光探測(cè)器類(lèi)型的檢測(cè)器機(jī)構(gòu)10，以便生成可以由處理器機(jī)構(gòu)11(例如，適合于執(zhí)行本發(fā)明的處理的常規(guī)類(lèi)型的計(jì)算機(jī))分析的信號(hào)。

替代地，所述探測(cè)信號(hào)也可以在通過(guò)所述結(jié)構(gòu)6的透射之后被檢測(cè)。

為了確保所述信號(hào)從所述源恰當(dāng)?shù)貍鬟f至所述結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)系統(tǒng)適于適應(yīng)來(lái)自所述源的波長(zhǎng)變化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知曉如何根據(jù)所選擇的源和波長(zhǎng)范圍來(lái)調(diào)適這樣一種光學(xué)系統(tǒng)，并且在本文中描述了合適光學(xué)系統(tǒng)的僅一些示例。

所述光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)選地是寬帶系統(tǒng)，涉及所述反射鏡以及經(jīng)處理的透鏡。為了實(shí)現(xiàn)充分的信噪比，泵浦-探測(cè)裝置利用對(duì)所述泵浦輻射的調(diào)制和對(duì)所述探測(cè)輻射的解調(diào)。所述調(diào)制必須在所述激光器的噪聲范圍以外執(zhí)行，通常在數(shù)百個(gè)千赫茲(kHz)。其由聲光調(diào)制器執(zhí)行，所述聲光調(diào)制器如同電控光柵般工作，或甚至由電光調(diào)制器執(zhí)行，或甚至由光學(xué)斬波器執(zhí)行。光柵衍射所述泵浦輻射的方式隨著波長(zhǎng)而變化。因而，通過(guò)改變所述波長(zhǎng)，則導(dǎo)致所述泵浦輻射的方向發(fā)生變化，這意味著所述裝置可能失去其調(diào)整。因此可能使用一種利用可變頻率的電信號(hào)來(lái)加以控制的聲光調(diào)制器。因而通過(guò)改變以電方式生成的光柵的間距，補(bǔ)償了所述泵浦輻射的變化的偏轉(zhuǎn)。

當(dāng)使用在非線(xiàn)性晶體(例如，偏硼酸鋇(BBO)類(lèi)型)中由光學(xué)倍化(doubling)而獲得的半波長(zhǎng)時(shí)，則倍化取決于在晶體中的相位調(diào)諧狀況，這與其相對(duì)于輻射而言的取向相關(guān)聯(lián)。需要在此角度上著手進(jìn)行波長(zhǎng)的改變。此步驟手動(dòng)地或自動(dòng)地執(zhí)行。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解到，泵浦光束和探測(cè)光束也可由兩個(gè)不同的源生成。在這樣的環(huán)境下，所述源本身可以是可動(dòng)的，以便生成所述探測(cè)輻射相對(duì)于所述泵浦輻射而言的光程長(zhǎng)度的變化。也可能使用具有固定波長(zhǎng)的激光源以及可調(diào)諧的源。

在第二實(shí)施例中，所述源2用來(lái)生成在寬的波長(zhǎng)范圍上延伸的光連續(xù)體。在這樣的環(huán)境下，所述檢測(cè)器機(jī)構(gòu)10可包括用于在將用于分析的信號(hào)透射至處理器機(jī)構(gòu)11之前對(duì)所接收的光的強(qiáng)度進(jìn)行分析的光譜儀(未示出)。也可能在通常的光檢測(cè)器之前使用任何的濾光器的系統(tǒng)。

隨后例如由與光纖相關(guān)聯(lián)的固定波長(zhǎng)飛秒激光器來(lái)連續(xù)地生成多個(gè)波長(zhǎng)。

大致而言，可以使用適于生成與離散組或連續(xù)組的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的短激光脈沖的任何類(lèi)型的源。

同樣地，可能使用適于在泵浦輻射與探測(cè)輻射之間產(chǎn)生時(shí)間偏移的任何機(jī)構(gòu)。這個(gè)偏移因而可以通過(guò)如上所述改變光程來(lái)產(chǎn)生，或由能實(shí)現(xiàn)一個(gè)脈沖的抵達(dá)時(shí)間相對(duì)于另一脈沖而調(diào)整的機(jī)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生。

所述處理器機(jī)構(gòu)11包括辨識(shí)機(jī)構(gòu)12和確定機(jī)構(gòu)13。

所述辨識(shí)機(jī)構(gòu)12接收由檢測(cè)器機(jī)構(gòu)10所檢測(cè)的信號(hào)(并且特別是所述布里淵振蕩)隨時(shí)間的變化。所述辨識(shí)機(jī)構(gòu)12被配置用來(lái)從所接收的信號(hào)辨識(shí)出在所述結(jié)構(gòu)的界面上的機(jī)械波的反射，或甚至機(jī)械波通過(guò)所述結(jié)構(gòu)的界面的透射。

在反射或透射之前和之后布里淵振蕩的辨識(shí)于是被透射至所述確定機(jī)構(gòu)13，所述確定結(jié)構(gòu)13被配置用來(lái)確定所述布里淵振蕩在反射或透射之前和之后的幅度的變化。因而，所述確定結(jié)構(gòu)13可以計(jì)算所述布里淵振蕩在反射或透射之前的最大幅度與所述布里淵振蕩在反射或透射之后的最大幅度的比率。所述確定機(jī)構(gòu)13也可考慮在反射或透射之前和之后的相移。

優(yōu)選地，當(dāng)用于生成探測(cè)輻射的機(jī)構(gòu)可以發(fā)射不同波長(zhǎng)的探測(cè)輻射時(shí)，所述確定機(jī)構(gòu)被配置用來(lái)根據(jù)所述探測(cè)輻射的波長(zhǎng)確定所述布里淵振蕩在反射或透射之前和之后幅度的變化。

最后，表征裝置1可包括用于調(diào)節(jié)理論模型的參數(shù)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14。所述調(diào)節(jié)裝置14包括一種根據(jù)所分析的結(jié)構(gòu)的某些結(jié)構(gòu)特征(厚度，材料，等等)來(lái)預(yù)測(cè)所述布里淵振蕩的幅度變化的理論模型，并且通過(guò)修改這些參數(shù)，能夠?qū)е乱詫?shí)驗(yàn)方式獲得與源自理論模型的結(jié)構(gòu)一致的結(jié)果。在這樣的環(huán)境下，當(dāng)所述理論模型的結(jié)構(gòu)與所分析的結(jié)構(gòu)相符時(shí)，則通過(guò)使用由所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14所獲得的參數(shù)，可能知曉所分析的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征。

這允許描述兩個(gè)實(shí)施例并且使用圖1的表征裝置1。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置1用來(lái)表征介于基板與薄層之間的界面I。因而(參加圖2)，被分析的所述結(jié)構(gòu)100包括優(yōu)選地透明的并且具備確定厚度的基板101，其上布置有薄層102，所述薄層優(yōu)選地是吸收劑。所述結(jié)構(gòu)100被布置在所述裝置1中，從而使得所述探測(cè)輻射S初始地穿過(guò)所述基板101并且隨后穿過(guò)所述薄層102。所述結(jié)構(gòu)100因而可以是一種太陽(yáng)能面板，所述太陽(yáng)能面板包括玻璃基板且所述玻璃基板上布置有電極。

選擇所述薄層102以便吸收所述泵浦輻射P。從而，由所述泵浦輻射產(chǎn)生的聲波被形成在介于所述基板101與所述薄層102之間的界面I處。

隨后觀(guān)察兩個(gè)聲波：第一聲波103，所述第一聲波在基板101中朝向自由表面(其接收所述探測(cè)輻射S)傳播；以及第二聲波104，所述第二聲波102在薄層102中傳播。因?yàn)樗霰?02呈現(xiàn)非常小的厚度，則在其中傳播的所述聲波104被所述薄層102的相對(duì)表面所反射并且朝向界面I返回，其或多或少地穿過(guò)界面I，這取決于所述界面I的透射系數(shù)。

所述第二聲波105的穿過(guò)所述界面I的小部分與所述第一聲波103相干，并且因而可以與所述第一聲波發(fā)生干涉。取決于所述兩個(gè)聲波103與105之間的相位差，并且取決于它們各自的幅度，則或多或少地?cái)嘌愿缮娴拇嬖凇Ｋ霰碚餮b置1使得可能由于所述第一聲波103并且隨后由于在所述第一聲波103與所述第二聲波105之間的干涉來(lái)觀(guān)察所述布里淵振蕩。因而可能確定已與所述第一聲波103發(fā)生干涉的所述第二聲波105的小部分的幅度，并且據(jù)此推斷出所述界面I的透射系數(shù)。

特別地，所述處理器機(jī)構(gòu)11首先用來(lái)辨識(shí)在對(duì)布里淵振蕩的觀(guān)察中所述第二聲波105的小部分與所述第一聲波103發(fā)生干涉的時(shí)刻，并且隨后繼而用來(lái)(通過(guò)使用所述機(jī)構(gòu)13)測(cè)量由于所述干涉引起的所述布里淵振蕩的幅度的變化。

優(yōu)選地，所述處理器機(jī)構(gòu)11可以執(zhí)行對(duì)于不同波長(zhǎng)的這種分析，并且然后使用所述機(jī)構(gòu)14來(lái)將所獲得的結(jié)果與理論模型進(jìn)行比較以便改善所述樣本的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

圖3示出由理論模型獲得的結(jié)果的示例：所述圖示出比例A2/A1(其中A1是所述布里淵振蕩的與所述第一波長(zhǎng)103對(duì)應(yīng)的幅度，并且A2是所述布里淵振蕩的與在所述第一聲波103和所述第二聲波105的所述小部分之間的干涉相對(duì)應(yīng)的幅度)如何根據(jù)所述探測(cè)輻射的波長(zhǎng)而變化。特別地，所獲得的曲線(xiàn)的幅度(最小比例A2/A1與最大比例A2/A1之間的差)使得能表征所述兩種材料之間的界面I，并且兩個(gè)連續(xù)極值之間的波長(zhǎng)差使得能表征所述薄層的厚度。

替代地，所分析的結(jié)構(gòu)可以是在所述透明基板上具有多個(gè)薄層的多層結(jié)構(gòu)。在這樣的環(huán)境下，與由所述各個(gè)薄層透射的波的連續(xù)干涉也可以被使用和解釋以便表征在各個(gè)薄層之間的界面。

在另外的實(shí)施例中，裝置1被用于表征給定層的表面的粗糙度。因而(參見(jiàn)圖4)，主要地被分析的所述結(jié)構(gòu)200包括：優(yōu)選地透明的給定層201，所述給定層201呈示出待確定粗糙度的自由表面202；以及布置在與所述自由表面202相反的表面上的吸收層(未示出)。布置在所述裝置1中的所述結(jié)構(gòu)200使得探測(cè)輻射S首先經(jīng)過(guò)用于分析的自由表面，然后經(jīng)過(guò)所述給定層201，并且隨后經(jīng)過(guò)所述吸收層。

替代地，作為對(duì)自由表面202的代替，將會(huì)可能提供一種第二材料的層，其呈示出的聲阻抗非常不同于(即，遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)小于)所述給定層201的聲阻抗，以便在所述界面處獲得所述聲波的幾乎完全反射。

選擇所述吸收層以便吸收所述泵浦輻射。從而，由所述泵浦輻射產(chǎn)生的聲波被形成在介于所述給定層201與所述吸收層之間的界面處。

于是觀(guān)察到從所述吸收層朝向所述給定層201的自由表面202傳播的第一聲波203，之后是由于所述第一聲波203在所述自由表面202上被反射并且朝向所述吸收層傳播而引起的第二聲波204。

所述第二聲波204的波形于是取決于所述給定層的自由表面202的品質(zhì)，并且特別是取決于能使得反射更更正確或更不正確地發(fā)生的其粗糙度。因而，取決于所述自由表面202的粗糙度，則所述第二聲波204變得在空間上是或多或少分散的。

所述表征裝置1使得能觀(guān)察到由于第一聲波203以及隨后由于第二聲波204的布里淵振蕩。因而可能估計(jì)反射所述聲波的自由表面202的粗糙度。

特別地，所述處理器機(jī)構(gòu)11使得有可能首先使用所述機(jī)構(gòu)12來(lái)辨識(shí)在對(duì)布里淵振蕩的觀(guān)察中所述第一聲波在所述給定層的自由表面202上發(fā)生反射以便形成所述第二聲波的時(shí)刻，以及隨后繼而用來(lái)(通過(guò)使用所述機(jī)構(gòu)13)測(cè)量由于所述反射引起的布里淵振蕩的幅度的變化。

所述處理器機(jī)構(gòu)可以?xún)?yōu)選地以不同波長(zhǎng)執(zhí)行此分析。

圖5給出了針對(duì)所述自由表面的不同粗糙度(5nm,10nm和20nm)以及針對(duì)所述探測(cè)輻射的不同波長(zhǎng)而獲得的結(jié)果的示例?？梢蕴貏e地看出，通過(guò)縮短所述探測(cè)輻射S的波長(zhǎng)，則可能分析對(duì)于所述自由表面的相同不規(guī)則性更為敏感的較高頻率聲波。

圖6是本發(fā)明的方法的實(shí)施方式的流程圖15，用于表征介于所述第一材料和第二材料之間的界面。

在第一步驟16中，形成了第一機(jī)械波和第二機(jī)械波；并且隨后在第二步驟17中，在所述第一材料中形成了布里淵振蕩。此后，在第三步驟18中，辨識(shí)出所述第二機(jī)械波在所述第一材料中的透射；并且在第四步驟19中，確定了在所述第二機(jī)械波的透射之前和之后所述布里淵振蕩的幅度的變化。所述第四步驟19可以特別地根據(jù)所述探測(cè)輻射的波長(zhǎng)而被執(zhí)行。最后，在優(yōu)選的最終步驟20中，所述理論模型的參數(shù)被調(diào)整為已被確定的值。

圖7示出本發(fā)明的用于表征第一材料的表面粗糙度的方法的實(shí)施方式的流程圖21。

在第一步驟22中，第一機(jī)械波被形成于所述第一材料中；并且然后在第二步驟23中，布里淵振蕩被形成于所述第一材料中。此后，在第三步驟24中，辨識(shí)出所述第一機(jī)械波在所述第一材料的自由表面上的反射；并且在第四步驟25期間，確定了在所述第一機(jī)械波的反射之前和之后所述布里淵振蕩的幅度的變化。所述第四步驟25可以特別地根據(jù)所述探測(cè)輻射的波長(zhǎng)而被執(zhí)行。

因而，本發(fā)明的主題使得可能以可靠并且非破壞性的方式獲得結(jié)構(gòu)的特征，特別是對(duì)聲波進(jìn)行反射的表面的粗糙度，或甚至在介于兩種材料之間的界面處的透射系數(shù)。此外，可變波長(zhǎng)的探測(cè)的使用使得可能改善以上特征，并且容易地獲得更準(zhǔn)確并且更完整的值。