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此时物距等于像距，像与物大小相等，物像异侧。

形式3：

当物距小于2倍焦距、大于1倍焦距时，则像距大于2倍焦距，成倒立、放大的实像。

此时像距大于物距，像比物大，物像异侧。

投影仪、幻灯机、电影放映机。

形式4：

当物距等于1倍焦距时，则不成像，成平行光射出。

形式5：

当物距小于1倍焦距时，则成正立、放大的虚像。

此时像距大于物距，像比物大，物像同侧。

放大镜。

4、几何光学的成像原理、波动光学的成像原理

几何光学成像原理：

在均匀介质中，光线直线传播；

光的反射定律；

光的折射定律；

光程可逆性原理。

波动光学成像原理：

光的干涉；

光的衍射；

光的偏振。

5、显微镜与望远镜的异同点

显微镜与望远镜的相同点：

（1）都是先成实像，后成虚像

（2）他们的目镜都相当于放大镜成正立放大虚像。

显微镜与望远镜的不同点：

（1）显微镜的物镜相当于投影机成倒立放大实像；

（2）望远镜的物镜相当于照相机成倒立缩小的实像（3）显微镜的放大倍数：

物镜放大倍数乘以目镜放大倍数，而望远镜则不是。

（4）显微镜物镜焦距小，目镜焦距大，望远镜物镜焦距大，目镜焦距小。

简称—显物小，望物大

6、光学显微镜的分辨率是由目镜决定还是由物镜决定的，为什么

样品上的最小分辨距离，即分辨率，实际上是由物镜来决定的。

原因：

物镜中的限制圆孔直接影响着形成衍射斑的大小，而圆孔的直径直接与物镜的直径相关：

物镜的数值孔径（NA）决定着物镜中部衍射圆孔的大小。

由最小分辨率的公式

可知，物镜的数值孔径越大，能够分辨的最小距离越短。

7、光学显微镜的放大倍数是由什么决定的

放大倍数为物镜和目镜的放大倍数之积。

8、什么是数值孔径，如何提高显微镜的分辨率

数值孔径N·

A=nsin（a/2），数值孔径越大，分辨率越高，因此增加数值孔径、减小波长、将物镜浸液可以提高显微镜的分辨率。

9.利用波动光学可以形成哪些测试仪器

干涉仪、衍射仪、测量显微镜（劳埃德镜、迈克尔逊干涉仪、马赫-泽德干涉仪、泰曼-格林干涉仪、法布里-珀罗干涉仪等）

10、自动调焦法的优缺点

优点：

缺点：

被测物体表面的反射光能力不同，用自动调焦法测量时，对被测物体表面的光反射度有要求，通常应大于2%

11、自动调焦法测量微位移的原理，与金刚石探针接触测量法相比，自动调焦法有哪些特点

原理：

自动调焦法源于CD技术。

由红外光二极管发出的激光束，经准直镜准直后成为一束平行光，该平行光又经能实现焦距跟踪功能的扫描物镜被聚焦在被测物的表面上。

被测物表面所反射的发散光以和入射光相反的方向返回，其中一部分经分光镜分光后入射到聚焦检测器上，形成一个光点。

该光点位置根据被测表面结构可能有3中不同情形：

光点在检测器平面上、光点在检测器平面之前、光点在检测器平面之后。

由上述两种离焦信号产生一个控制电平信号，用于驱动一个动圈式马达，使扫描物镜跟随运动，直至使扫描物镜能到达聚焦位置为止。

物镜便能始终跟随被测物表面结构的轮廓，由此产生的垂直方向的位移经一个电感式位移传感器转变成测试信号被记录下来。

特点：

与金刚石探针接触测量相比，自动调焦法的光点直径要小得多，因而能获取表面的十分细微的结构特征。

由于自动测焦法是非接触测量，又是主动调节，因而较金刚石探针测量法，它响应更快，对外部振动较少敏感。

12、什么是三角法，它的用途什么，三角法测量分为哪两种

1）光学三角法是用一束激光经光学系统调节后照射到被测物体表面，形成一小光斑，经被测物体表面反射后的光线通过成像物镜汇聚成像在光电探测器的光接收面上。

被测点的位移信息由该光点在探测器的光接收面上所形成的像点位置决定。

当被测物体移动时，光斑相对于物镜的位置发生改变，相应的其像点在光探测器接收面上的位置也将发生改变，根据其像点位置的变化和测量系统的结构参数可求出被测点的位移信息。

由于入射光线和反射光线构成一个三角形，所以该方法被称为光学三角法。

2）测量被测表面的形貌；

3）斜光学三角法和直光学三角法两种

13、三角法测量中有哪几种检测方案

位置敏感探测器（PSD）、CCD线阵探测器、差动式光电二极管。

14、影响三角法测量精度的因素有哪些

（1）表面粗糙度的影响

（2）被测表面微结构的影响（3）散斑的影响

第三章（显微镜及其参数）

1、分辨力、分辨率、放大倍数的基本概念

分辨力：

显示装置能有效辨别的最小的示差值；

分辨率：

显示分辨率（屏幕分辨率）是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的像素有多少；

放大倍数：

像与物体的尺寸的比值

2、人眼、光学显微镜、透射电镜、电子扫描显微镜、探针显微镜的分辨力

人眼晴分辩率：

0.1mm以上；

光学显微镜极限分辩本领是光波的半波长：

可见光最短0.4um（半波长：

0.2um）；

透射电镜:

点分辨（0.3-0.5nm）,晶格分辨（0.1-0.2nm）；

电子扫描显微镜:

（6-10nm）；

探针显微镜:

原子级（0.1nm）；

3、如何提高望远镜与显微镜的分辨率

对望远镜，λ不变，尽量增大透镜孔径D，以提高分辨率。

对显微镜，主要通过减小波长来提高分辨率。

4、显微镜的光学参数：

放大倍数，工作距离，景深，视场

指物体经物镜、目镜两次成像后眼睛所能看到像的大小对原物体大小的比值。

是物镜的横向放大率m与目镜的角放大率α的乘积。

显微镜配有放大倍数不同的物镜和目镜，各厂家均已在物镜和目镜上标出各自的放大倍数，两者相乘即可。

工作距离：

就是从物镜的前表面中心到被观察标本之间的距离。

景深：

当显微镜调焦于某一物平面时，如果位于其前或后的物平面仍能被观察者看清楚，则该二平面之间的距离叫做景深。

视场：

从显微镜中能看到的圆形范围叫视场（又叫视野）。

5、光学显微镜有哪几部分组成

光学显微镜一般由载物台、聚光照明系统、物镜，目镜和调焦机构组成。

6、激光扫描显微镜有哪两种工作模式

一种是自聚焦扫描方式，一种是共焦扫描方式。

7、简述共聚焦扫描显微镜的基本原理，并说明如何产生一副完整的图像

利用放置在光源后的照明针孔和放置在检测器前的探测针孔实现点照明和点探测，来自光源的光通过照明针孔发射出的光聚焦在样品焦平面的某个点上，该点所发射的荧光成像在探测针孔上，该点以外的任何发射光均被探测针孔阻挡。

照明针孔与探测针孔对被照射点或被探测点来说是共轭的，因此被探测点即共焦点，被探测点所在的平面即共焦平面。

计算机以像点的方式将被探测点显示在计算机屏幕上，为了产生一副完整的图像，由光路中的扫描系统在样品焦平面上扫描，从而产生一副完整的共焦图像。

8、共聚焦显微镜的有点

（1）采用了共聚焦原理，几乎完全排除了杂散光的影响，可获高清晰度、高分辨率的图像。

高放大倍数、高分辨力；

（2）制样简单，与普通偏光显微镜相同，无需扫描电镜所要求的专门制样技术。

特别是可观察弱荧光和荧光碎灭很快的样品

（3）具有一定深度的穿透力，可进行分层扫描，获得不同穿透深度的图像及三位重组立体图像。

（4）三位定量测定。

9、电子束与固体表面作用会产生哪些信号，这些信号有什么用途

可产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、荧光、非弹性散射电子、透射电子、绕散射电子、X射线等信号。

用途:

将这些信号用探测器收集起来，并转换为电流信号，再送到显像管就可转变为图像。

由于从样品表面散射或发射的电子与样品表面的固有特性有直接关系，所以能得到样品表面结构的信息。

10、电子显微镜有哪两种

透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）

11、透射电子显微镜与光学显微镜有哪些异同点

相同点：

透射电子显微镜是利用电子的波动性来观察固体材料内部的各种缺陷和直接观察原子结构的仪器。

尽管复杂得多，它在原理上基本模拟了光学显微镜的光路设计，简单化地可将其看成放大倍率高得多的成像仪器。

不同点：

一般光学显微镜放大倍数在数十倍到数百倍，特殊可到数千倍。

而透射电镜的放大倍数在数千倍至一百万倍之间，有些甚至可达数百万倍或千万倍；

透射电子显微镜是以波长很短的电子束做照明源，而普通光学显微镜采用全视场均匀照明。

12、根据加速电压的大小，透射电子显微镜可分为哪几种，其加速电压为多少

（1）一般TEM。

最常用的是100KV电镜。

（2）高压TEM。

目前常用的是200KV电镜。

（3）超高压TEM。

目前已有500KV、1000KV和3000KV的超高压TEM。

13、透射电子显微镜有哪几部分组成

透射电镜一般是由电子光学部分、真空系统和供电系统三大部分组成。

14、透射电子显微镜的样品分为哪两种，对样品有什么要求

间接样品和直接样品；

要求：

（1）供TEM分析的样品必须对电子束是透明的，通常样品观察区域的厚度以控制在约100~200nm为宜。

（2）所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些特征。

因此，样品制备时不可影响这些特征，如已产生影响则必须知道影响的方式和程度。

15、扫描电子显微镜的工作原理

是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与样品表面结构有关，次级电子由探测器收集，信号经放大用来调制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。

16、光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜的放大倍数有什么区别

而透射电镜的放大倍数在数千倍至一百万倍之间，有些甚至可达数百万倍或千万倍。

扫描电镜图像放大倍数定义为显示器上图像宽度与电子束在试样上相应方向扫描宽度之比。

从几十放大到几十万倍，连续可调。

17、什么是仪器设备的有效放大倍数，谈谈你对有效放大倍数的看法

是指恰好能够分辨样品上两个质点（姑且叫质点）的放大倍数。

进一步放大，也不会再有细节，为虚放大。

18、扫描电子显微镜有哪几部分组成

主要包括有电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图象显示和记录系统、电源和真空系统等。

19、扫描电子显微镜的特点

放大倍率高；

分辨率高；

景深大；

保真度好；

样品制备简单；

扫描电镜对样品厚度没有限制，可直接观察样品表面的三维立体结构；

光学显微镜和透射电镜在放大倍数增加时，焦距和景深随之减小，而扫描电镜的放大倍数增加时，焦距不变，景深也基本不减小，所以观察和照相都很方便；

扫描电镜的放大倍率很广，可以认为扫描电镜填补了光学显微镜和透射电镜之间的空隙；

避免了因透镜缺陷带来的对图像分辨率的影响，而且容易把图像记录在存储介质上做进一步处理；

扫描电镜可以与各种分析技术相结合，构成分析电子显微镜。

20、扫描探针显微镜的基本原理

当探针与样品表面间距小到纳米级时，按照近代量子力学的观点，由于探针尖端的原子和样品表面的原子具有特殊的作用力，并且该作用力随着距离的变化非常显著。

当探针在样品表面来回扫描的过程中，顺着样品表面的形状而上下移动。

独特的反馈系统始终保持探针的力和高度恒定，一束激光从悬臂梁上反射到感知器，这样就能实时给出高度的偏移值。

样品表面就能记录下来，最终构建出三维的表面图

21、扫描探针显微镜的主要特点

（1）分辨率高

（2）可实时得到实时间中表面的三维图像，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究。

（3）可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体相或整个表面的平均性质。

（4）可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制样技术，并且探测过程对样品无损伤。

（5）配合扫描隧道谱，可以得到有关表面结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等。

（6）在技术本身，SPM具有的设备相对简单、体积小、价格便宜、对安装环境要求较低、对样品无特殊要求、制样容易、检测快捷、操作简便等特点，同时SPM的日常维护和运行费用也十分低廉。

22、常用的扫描探针显微镜有哪些

答:

扫描隧道显微镜、原子力显微镜、扫描近场光学显微境、弹道电子发射显微镜、扫描力显微镜

23、扫描隧道显微镜的主要原理

是电子的隧道贯穿，电子云占据在样品和探针尖之间。

导体的电子是“弥散”的，故有一定的几率位于表面边界之外，电子云的密度随距离的增加而指数式地衰减。

这样，被通过电子云的电子流就会在表面和探针间的距离变化极为灵敏。

探针在表面上扫描时，有一套反馈装置去感受到这一电子流（叫做隧穿电流），并据此使探针尖保持在表面原子的恒定高度上。

探针尖即以这种方式描过表面的轮廓。

读出的针尖运动情况经计算机处理后，或在银幕上显示出来，或由绘图机表示出来。

使针尖以一系列平行线段的方式扫描，使可获得高分辨率的三维表面图像。

24、原子力显微镜的主要原理

在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂来感测针尖与样品之间的交互作用，这作用力会使悬臂摆动，利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性以影像的方式给呈现出来。

25、扫描隧道显微镜有哪两种测量模式，并解释

1）等高测量模式：

探针以不变高度在试件表面扫描，隧道电流随试件表面起伏而变化，从而得到试件表面形貌信息。

（2）恒电流测量模式：

探针在试件表面扫描，使用反馈电路驱动探针，使探针与试件表面之间距离（隧道间隙）不变。

此时探针移动直接描绘了试件表面形貌。

26、原子力显微镜有哪三种测量模式，并解释

1）接触式：

探针针尖与试件表面距离＜0.5nm，利用原子间的排斥力。

由于分辨率高，目前采用较多。

其工作原理是：

保持探针与被测表面间的原子排斥力一定，探针扫描时的垂直位移即反映被测表面形貌。

2）非接触式：

探针针尖与试件表面距离为0.5～1nm，利用原子间的吸引力。

27、扫描隧道显微镜的主要缺陷

1）在扫描隧道显微镜（STM）的恒电流工作模式下，有时它对样品表面微粒之间的某些沟槽不能够准确探测，与此相关的分辨率较差。

2）扫描隧道显微镜（STM）所观察的样品必须具有一定程度的导电性，对于半导体，观测的效果就差于导体；

对于绝缘体则根本无法直接观察。

如果在样品表面覆盖导电层，则由于导电层的粒度和均匀性等问题又限制了图象对真实表面的分辨率。

28、探针显微镜的分辨率是如何确定的

通过探针扫描的视野与观察到的视野的比例的倒数来确定

29、探针显微镜中探针运动过程微悬臂梁形变的检测有哪几种，并简单解释

隧道电流法、电容检测法、光学检测法（反射法和干涉法）

简单解释同19题原子力显微镜的主要原理。

第四章（MEMS测量、表面粗糙度及微观形貌）

1、MEMS系统的特征参数主要包括哪些

MEMS几何结构的尺寸及描述表面微观特性的参数，如微结构的长、宽、厚度，表面粗糙度、微结构的台阶高度等。

机械特征参数：

微梁结构的应力、应变、强度，运动的位移与速度，振动的频率与振幅，以及MEMS结构材料的固有机械特性等参数

2、对MEMS器件几何结构参数测量方法有哪些

（1）将计算机视觉技术与光学显微技术相结合的微视觉测量方法

（2）扫描电子显微镜测量方法

（3）测量台阶结构高度的台阶仪测量方法

3、MEMS器件几何量的测量有什么特点

（1）测量力引起的误差较大

（2）定位误差对测量量结果的影响较大

（3）被测件轮廓影像易受异物的影响

（4）光学衍射效应的影响较大

（5）温度引起的误差较小

4、简述显微双目立体成像的基本原理，并说明其与有何优点

立体视觉系统是建立在光学体视显微镜上的应用系统，通过体视显微镜及双目摄像头可过的显微物体的立体图像。

在计算机视觉系统中，常通过两幅或多幅从不同角度同时获取的目标数字图像，重构出目标的三维形状。

立体感强，成像清晰和宽阔，长工作距离，适用范围广泛，操作方便，直观，检定效率高，焦深大，视场直径大

5、台阶测量有哪两种方式，并分别说明之

接触式：

金刚石触针沿被测表面作接触扫描运动，由测量摆杆、十字片簧弹性支承及平衡块组成的测量机构带动电感式位移传感器的磁芯作相应运动，从而将被测表面的台阶高度转化为与之成正比的电压信号，经信号调理电路放大、解调、滤波后，送计算机进行数据分析和处理，得到被测表面的轮廓或台阶高度差。

非接触式：

主要方法有隧道电子显微镜测量方法，扫描隧道显微镜测量方法，原子力显微镜测量法。

6、表面粗糙度的表征方法有哪两种答：

图形法和参数法

7、表面微观形貌的表征方法有哪两种答：

二维轮廓和三维形貌

8、表面粗糙度的参数表征中常用的基准线是什么，表面微观形貌的常用基准面是什么答：

基准线：

中线制，轮廓的最小二乘中线；

基准面：

最小二乘表面

9、说明表面粗糙度和表面微观形貌在表征方法和表征参数等方面的区别与联系

在表面粗糙度的表征中，测量数据是以评定基准线为中心的位置函数z＝f（x），这样获得的数据，经常被称为表面二维轮廓数据；

在三维表面形貌的表征中，测量数据是以评定平面（理想平面）为中心的位置函数z＝f（x，y），通常称为表面三维形貌数据；

10、表面粗糙度的主要表征参数包括哪些，并解释其定义与数学表达方式

轮廓算术平均偏差Ra：

定义：

在采样长度l内轮廓偏离中线距离的绝对值的算数平均值。

公式：

微观不平度十点高度Rz：

在采样长度l内五个最大的轮廓峰高ypi的平均值与五个最大的轮廓谷深yvi的平均值之和。

轮廓最大高度Ry：

在采样长度l内五个最大轮廓峰顶线与轮廓谷底线之间的距离。

11、表面微观形貌的主要表征参数包括哪些

幅度参数：

表面形貌的均方根偏差Sq、表面十点高度Sz、表面高度分布的峭度

空间参数：

最速衰减自相关长度Sal、表面峰顶密度Sds、表面的结构形状比率Str、表面的纹理方向

综合参数：

均方根斜率、算术平均顶点曲率、展开界面面积比率

功能参数：

表面支撑指数、中心液体滞留指数、谷区液体滞留指数

12、表面粗糙度与表面微观形貌的测试方法有哪些

机械探针测量法，光学探针测量法，干涉显微测量法，扫描电子显微镜测量法，扫描探针显微镜测量法

13、MEMS材料机械特性有哪些

杨氏模量，断裂强度，屈服应力，疲劳特性

14、MEMS材料机械特性的测试与宏观材料特性的测试有什么区别，主要难点在哪些方面

MEMS测试中需要几个力学特性：

弹性模量、残余应力、断裂强度、疲劳强度。

难点：

①如何制作合适的微尺寸测试试样②用何种方法直接测量试样，使得到的结果能够代表MEMS系统中实际使用的微机械器件及其工作时的应力状态。

MEMS试样的特征长度一般在lmm以下，这给实验带来一系列困难。

如：

如何制作、夹持、对中（保持试样与拉力之间的同轴性）微小试样、如何提高载荷和位移测量的分辨率、如何模拟MEMS器件的实际结构和应力状态、如何完善理论模型等。

15、MEMS材料特性的测试有哪几种方法

拉伸测试法，弯曲梁法，纳米压入法，鼓膜法，共振频率法

16、拉伸测试法分为哪几种

传统拉伸法，转化拉伸法，集成拉伸测试

17、为什么说直接拉伸法是测量弹性模量最直接的方法

（1）测试数据准确可靠，可以测试多种微机械材料的力学性能参数

（2）拉伸测试确定弹性模量的方法符合ASTM标准E111中关于弹性模量的定义，实验结果容易解释，通用性强

（3）拉伸测试提供的目标参数与试样厚度成线性关系，试样厚度测量不准确所引起的误差比弯曲测试小得多

18、MEMS结构中的应力主要来源于哪里答：

热应力，内应力，外应力

19、MEMS结构中的应力和应变有哪些测试方法

谐振频率法、加载变形法、临界挠曲法、结构位移法、旋转指针法、硅片弯曲法、X射线（XRD）法、拉曼光谱法

20、应力、应变测试方法中，哪些测试方法既可以测试应力也可测试弹性模量

谐振频率法、加载变形法

21、简述X射线衍射法测试残余应力的主要原理

由于当MEMS结构材料中有应力存在时，其晶面间距必然随晶面与应力相对取向的不同而有所变化，按照布拉格定律，衍射角也会相应改变。

因此有可能通过测量衍射角随晶面取向不同而发生的变化来求得应力。

22、简述拉曼光谱仪测试残余应力的主要原理

应变的微观基础是原子之间的距离发生改变，所以从理论上说，拉曼散射光应该能够反映出应变的信息。

实际上也正是这样，很多材料和结构的拉曼谱线的位置会随应变状态的变化产生相应的移动。

23、为什么说X射线衍射法与拉曼光谱仪测试残余应力的方法是最直接的方法

这两种方法都是频谱分析，都是测量原子之间的作用在测试应力，从微观来测试残余应力。

24、MEMS结构应力、应变的检测方法有哪些特点

（1）采用无损的微加工技术

（2）采用非接触式测量技术（3）采用显微观测技术（4）采用微弱信号提取和处理技术（5）用于测量应力、应变的结构样品要易于制造，而且能够同时和MEMS器件设计在一起进行测量。

第五章（测试、封装、器件）

1、在圆片级测试过程中，主要测试哪些参数，用什么方法

晶面、晶向；

电阻率、方块电阻；

表面形貌、膜厚等；

I－V特性、C－V特性等。

X射线衍射定向法、光图定向法、四探针法、半导体特性分析仪4256C、4284A

2、晶面晶向测试主要有哪两种测试方法，各有什么特点

X射线衍射定向法：

该方法可用于所有半导体单晶的定向。

是一种非破坏性的高度定向方法，但使用设备应严格遵守起安全操作规程。

光图定向法：

该方法目的主要用于单一元素半导体单晶的定向。

光图定向法需腐蚀试样，因此要破坏抛光片表面。

该方法的精度低于X射线衍射法，但设备要求不那么复杂。

3、电阻率测试主要用到什么仪器，如何测试

最常用的方法为四探针法，其中探针间的距离相等，一个从恒定电流源来的小电流I，流经靠外侧的两个探针，而对于内侧的两个探针间，测量其电压值V。

就一个薄的半导体样品而言，若其厚度为t，且t远小于样品直径d，其电阻率为

4、对于薄