一种微结构测量方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及微结构成像技术领域，尤其涉及一种微结构测量方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

随着科学研究领域从宏观逐渐迈向微观，人们对于微细功能结构的需求也日益增加，对微细结构进行成像是一种简单直观的了解微结构表面状况的方法。在三维空间下对微结构进行成像，不仅可以包含微结构表面凸起的位置，也可以了解凸起的厚度具体是多少，这样可以提供更全面的微结构表面信息。

现有的微结构表面成像方法如表面等离激元或者基于透射电镜表面成像，其物理原理和成像手段都比较复杂，且影响因素较多，对于微结构表面凸起的厚度测量准确性不高。

发明内容

本申请实施例提供了一种微结构测量方法、装置、电子设备及存储介质，通过在待检测样品表面设置声学负载层来调节导纳曲线的周期，基于周期与声学负载层的相速度确定待检测样品表面凸起的厚度。

一方面，本申请实施例提供了一种微结构测量方法，该方法包括：

在待检测样品表面设置声学负载层，声学负载层是胶体形式的物质；

基于谐振结构阵列对待检测样品进行测试，得到待检测样品表面的声学负载层的多个厚度数据；

从多个厚度数据中确定声学负载层的目标厚度数据；目标厚度数据为多个厚度数据中的最大值；

基于目标厚度数据与非目标厚度数据确定待检测样品的表面凸起的厚度数据；非目标厚度数据为多个厚度数据中除去目标厚度数据的厚度数据。

在一些可能的实施例中，基于谐振结构阵列对待检测样品进行测试，得到待检测样品表面的声学负载层的多个厚度数据，包括：

将谐振结构阵列覆盖在待检测样品表面的声学负载层上；谐振结构阵列包括多个上电极、一个下电极、压电薄膜和谐振腔/支撑衬底；谐振结构阵列的第一层为多个上电极和下电极，第二层为压电薄膜，压电薄膜的下一层为谐振腔/支撑衬底；

将多个上电极中的每个上电极分别与下电极进行导纳测试，得到与多个上电极一一对应的多个导纳曲线；

根据多个导纳曲线，确定声学负载层的多个厚度数据；多个厚度数据与多个上电极一一对应。

在一些可能的实施例中，根据多个导纳曲线，确定声学负载层的多个厚度数据，包括：

获取与多个导纳曲线一一对应的多个波包周期；

获取声学负载层的相速度；

基于多个波包周期与相速度，确定与多个上电极一一对应的声学负载层的多个厚度数据。

在一些可能的实施例中，基于目标厚度数据与非目标厚度数据确定待检测样品的表面凸起的厚度数据，包括：

将目标厚度数据和非目标厚度数据做差，得到差值数据；差值数据为表征待检测样品的表面凸起的厚度数据。

另一方面，本申请实施例提供了一种微结构测量装置，该装置包括：

声学负载层设置装置，用于在待检测样品表面设置声学负载层，声学负载层是胶体形式的物质；

厚度数据确定装置，用于基于谐振结构阵列对待检测样品进行测试，得到待检测样品表面的声学负载层的多个厚度数据；

目标厚度数据确定装置，用于从多个厚度数据中确定声学负载层的目标厚度数据；目标厚度数据为多个厚度数据中的最大值；

凸起数据确定装置，用于基于目标厚度数据与非目标厚度数据确定待检测样品的表面凸起的厚度数据；非目标厚度数据为多个厚度数据中除去目标厚度数据的厚度数据。

在一些可能的实施例中，厚度数据确定装置，用于：

将谐振结构阵列覆盖在待检测样品表面的声学负载层上；谐振结构阵列包括多个上电极、一个下电极、压电薄膜和谐振腔/支撑衬底；谐振结构阵列的第一层为多个上电极和下电极，第二层为压电薄膜，压电薄膜的下一层为谐振腔/支撑衬底；

将多个上电极中的每个上电极分别与下电极进行导纳测试，得到与多个上电极一一对应的多个导纳曲线；

根据多个导纳曲线，确定声学负载层的多个厚度数据；多个厚度数据与多个上电极一一对应。

在一些可能的实施例中，厚度数据确定装置，用于：

获取与多个导纳曲线一一对应的多个波包周期；

获取声学负载层的相速度；

基于多个波包周期与相速度，确定与多个上电极一一对应的声学负载层的多个厚度数据。

在一些可能的实施例中，凸起数据确定装置，用于：

将目标厚度数据和非目标厚度数据做差，得到差值数据；差值数据为表征待检测样品的表面凸起的厚度数据。

另一方面，本发明实施例提供了一种电子设备，电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行任一上述的微结构测量方法。

另一方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行以实现任一上述的微结构测量方法。

另一方面，本发明实施例中提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序存储在可读存储介质中，计算机设备的至少一个处理器从可读存储介质读取并执行计算机程序，使得计算机设备执行以实现任一上述的微结构测量方法。

本申请实施例提供的一种微结构测量方法、装置、电子设备及存储介质，具有如下技术效果：

在待检测样品表面设置声学负载层，声学负载层是胶体形式的物质，基于谐振结构阵列对待检测样品进行测试，得到待检测样品表面的声学负载层的多个厚度数据，从多个厚度数据中确定声学负载层的目标厚度数据，目标厚度数据为多个厚度数据中的最大值，基于目标厚度数据与非目标厚度数据确定待检测样品的表面凸起的厚度数据，非目标厚度数据为多个厚度数据中除去目标厚度数据的厚度数据。本申请实施例基于高阶泛音体声波谐振器的声学负载周期性调制原理，实现对待测表面的厚度信息的测量，这种方法具有可靠性高，对待检测样品表面没有损耗的特点，同时利用的仪器结构也很简单、成本低、不易受外界干扰，测试出的结果方便估计误差。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本申请实施例提供的一种应用环境的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种微结构测量方法的示意图；

图3是本申请实施例提供的一种谐振结构阵列的示意图；

图4是本申请实施例提供的一种未加声学负载层的导纳曲线的示意图；

图5是本申请实施例提供的一种设置声学负载层的导纳曲线的示意图；

图6是本申请实施例提供的一种厚度测试示意图；

图7是本申请实施例提供的一种微结构测量装置的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种微结构测量方法的服务器的硬件结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种应用环境的示意图，该示意图包括处理器101和显示端102。

具体的，处理器101可以包括是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云音频识别模型训练、中间件服务、域名服务、安全服务、CDN(Content DeliveryNetwork，内容分发网络)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。服务器上运行的操作系统可以包括但不限于安卓系统、IOS系统、linux、windows、Unix等。显示端102可以指包括有显示器的设备。

以下介绍本申请一种微结构测量方法的具体实施例，请参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种微结构测量方法的示意图，本说明书提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。具体的如图2所示，该方法可以包括：

S201：在待检测样品表面设置声学负载层，声学负载层是胶体形式的物质。

本申请实施例中，可以人工为待检测样品的表面涂抹一层声学负载层，并保证将待检测样品表面的凸起全部覆盖同时尽量保证声学负载层的上表面平整一致，也可以将声学负载层设置在测量待检测样品的仪器中，可以通过设置仪器的参数，在待检测样品表面设置声学负载层。声学负载层可以是聚二甲基硅氧烷(Dimethyl silicone oil 201，PDMS)聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)、聚酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚乙烯、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalate twoformic acid glycol ester，PEN)、光刻胶、超声耦合剂等。

S203：基于谐振结构阵列对待检测样品进行测试，得到待检测样品表面的声学负载层的多个厚度数据。

在一种可选的实施例中，图3是本申请实施例提供的一种谐振结构阵列的示意图，如图3所示，谐振结构阵列可以包括多个上电极301、一个下电极302、压电薄膜303和谐振腔/支撑衬底304，谐振结构阵列的第一层为多个上电极301和下电极302，第二层为压电薄膜303，压电薄膜303的下一层为谐振腔/支撑衬底304。

具体的，谐振结构阵列可以是在高阶泛音体声波谐振器(High mode thin filmbulk acoustic resonator，HBAR)的基础上改进而来，上电极301和下电极302的材料可以为铝、铜、金等金属材料，压电薄膜303可以为铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、石英等具有压电效应的晶体材料，谐振腔/支撑衬底304可以为碳化硅、硅、硅(包含氧化硅层)、蓝宝石等材料。在检测的过程中，上电极301和下电极302可以连接矢量网络分析仪，谐振结构阵列工作时，压电薄膜303通过压电效应将从上电极301输入的电信号转化为声信号(体声波)并在谐振腔/支撑衬底304内传播。特定频率的体声波在谐振腔/支撑衬底304内反射并形成谐振。

在一种可选的实施例中，图4是本申请实施例提供的一种未加声学负载层的导纳曲线的示意图，如图4所示，高阶泛音体声波谐振器(High mode thin film bulk acousticresonator，HBAR)的性能特点可以通过导纳曲线表征，导纳曲线每个峰值对应一个高阶泛音模式的体声波谐振，相邻峰之间的间距可以近似认为由谐振腔体薄膜的厚度h决定：

其中，Δf代表相邻峰之间的间距，V

本申请实施例中，本发明的测量原理是基于声学负载层厚度对高阶泛音体声波的谐振调制，结合图3继续阐述，首先，可以将谐振结构阵列覆盖在待检测样品表面的声学负载层上，使谐振腔/支撑衬底的下表面紧贴声学负载层。其次，将多个上电极中的每个上电极分别与下电极进行导纳测试，得到与多个上电极一一对应的多个导纳曲线，根据多个导纳曲线，确定声学负载层的多个厚度数据，多个厚度数据与多个上电极一一对应。

具体的，图5是本申请实施例提供的一种设置声学负载层的导纳曲线的示意图，如图5所示，当谐振腔下方有厚度为h

其中，Δf

通过声学负载层厚度对高阶泛音体声波的谐振调制原理，在待检测样品的表面设置声学负载层，用谐振结构阵列对待检测样品进行测试，得到导纳曲线，再通过导纳曲线得出与多个上电极一一对应的声学负载层的多个厚度数据，可以通过这些厚度数据为下一步得出待检测样品做准备，测试中运用的装置可以用现有的成熟的半导体工艺制造，不易受外界干扰，同时运用的公式和原理比较简单。

S205：从多个厚度数据中确定声学负载层的目标厚度数据，目标厚度数据为多个厚度数据中的最大值。

在一种可选的实施例中，图6是本申请实施例提供的一种厚度测试示意图，如图6所示，根据公式(2)确定与多个上电极一一对应的声学负载层的多个厚度数据，从这些数据中找出数值最大的一个作为目标厚度数据。数值最大的厚度数据为声学负载层厚度最大的地方，也就是说待测样品表面的凸起厚度最小的地方。

S207：基于目标厚度数据与非目标厚度数据确定待检测样品的表面凸起的厚度数据，非目标厚度数据为多个厚度数据中除去目标厚度数据的厚度数据。

在一些可能的实施例中，除去声学负载层的厚度值最大的目标厚度数据，其余的其他数据是非目标厚度数据，将目标厚度数据和非目标厚度数据做差，得到差值数据，这里的差值数据就表征待检测样品的表面凸起的厚度数据。举个例子，若得出的声学负载层的厚度数据分别为3mm、6mm和10mm。那么目标厚度数据就是10mm，此时非目标数据就是3mm和6mm，将目标厚度数据和非目标厚度数据做差，得到差值数据7mm和4mm，那么7mm和4mm就是表征待检测样品的表面凸起的厚度数据。

综上，本申请实施例提出的微结构测量方法，通过增加声学负载层，体声波谐振会收到周期性调制，再根据简单的测试原理和计算公式得出声学负载层的厚度，再由得到的声学负载层的厚度数据，推出待检测样品的表面凸起的厚度数据，因为整个测试的原理和计算公式简单，所以得出的结果可靠性比较高，并且作为声学负载层的胶体容易去除，对待检测样品的表面没有损伤。

本申请实施例还提供了一种微结构测量装置，图7是本申请实施例提供的一种微结构测量装置的结构示意图，如图7所示，该装置包括声学负载层设置装置701、厚度数据确定装置702、目标厚度数据确定装置703和凸起数据确定装置704。

声学负载层设置装置701，用于在待检测样品表面设置声学负载层，声学负载层是胶体形式的物质。

厚度数据确定装置702，用于基于谐振结构阵列对待检测样品进行测试，得到待检测样品表面的声学负载层的多个厚度数据。

目标厚度数据确定装置703，用于从多个厚度数据中确定声学负载层的目标厚度数据，目标厚度数据为多个厚度数据中的最大值。

凸起数据确定装置704，用于基于目标厚度数据与非目标厚度数据确定待检测样品的表面凸起的厚度数据，非目标厚度数据为多个厚度数据中除去目标厚度数据的厚度数据。

在一些可能的实施例中，厚度数据确定装置，用于：

将谐振结构阵列覆盖在待检测样品表面的声学负载层上，谐振结构阵列包括多个上电极、一个下电极、压电薄膜和谐振腔/支撑衬底，谐振结构阵列的第一层为多个上电极和下电极，第二层为压电薄膜，压电薄膜的下一层为谐振腔/支撑衬底。

将多个上电极中的每个上电极分别与下电极进行导纳测试，得到与多个上电极一一对应的多个导纳曲线。

根据多个导纳曲线，确定声学负载层的多个厚度数据，多个厚度数据与多个上电极一一对应。

在一些可能的实施例中，厚度数据确定装置，用于：

获取与多个导纳曲线一一对应的多个波包周期。

获取声学负载层的相速度。

基于多个波包周期与相速度，确定与多个上电极一一对应的声学负载层的多个厚度数据。

在一些可能的实施例中，凸起数据确定装置，用于：

将目标厚度数据和非目标厚度数据做差，得到差值数据，差值数据为表征待检测样品的表面凸起的厚度数据。

本申请实施例中的装置与方法实施例基于同样地申请构思。

本申请实施例所提供的方法实施例可以在计算机终端、服务器或者类似的运算装置中执行。以运行在服务器上为例，图8是本申请实施例提供的一种微结构测量方法的服务器的硬件结构框图。如图8所示，该服务器800可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央处理器(Central Processing Units，CPU)810(处理器810可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器830，一个或一个以上存储应用程序823或数据822的存储介质820(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器830和存储介质820可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质820的程序可以包括一个或一个以上模块，每个模块可以包括对服务器中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器810可以设置为与存储介质820通信，在服务器800上执行存储介质820中的一系列指令操作。服务器800还可以包括一个或一个以上电源860，一个或一个以上有线或无线网络接口850，一个或一个以上输入输出接口840，和/或，一个或一个以上操作系统821，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM等等。

输入输出接口840可以用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括服务器800的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，输入输出接口840包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，输入输出接口840可以为射频(RadioFrequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

本领域普通技术人员可以理解，图8所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，服务器800还可包括比图8中所示更多或者更少的组件，或者具有与图8所示不同的配置。

本申请的实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质可设置于服务器之中以保存用于实现方法实施例中一种微结构测量方法相关的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现上述微结构测量方法。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例提供了一种电子设备，电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行任一上述的微结构测量方法。

另一方面，本发明实施例中提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序存储在可读存储介质中，计算机设备的至少一个处理器从可读存储介质读取并执行计算机程序，使得计算机设备执行以实现任一上述的微结构测量方法。

由上述本申请提供的微结构测量方法、装置、电子设备及存储介质的实施例可见，本申请通过在待检测样品表面设置声学负载层，声学负载层是胶体形式的物质，基于谐振结构阵列对待检测样品进行测试，得到待检测样品表面的声学负载层的多个厚度数据，从多个厚度数据中确定声学负载层的目标厚度数据，目标厚度数据为多个厚度数据中的最大值，基于目标厚度数据与非目标厚度数据确定待检测样品的表面凸起的厚度数据，非目标厚度数据为多个厚度数据中除去目标厚度数据的厚度数据。本申请实施例基于高阶泛音体声波谐振器的声学负载周期性调制原理，实现对待测表面的厚度信息的测量，这种方法具有可靠性高，对待检测样品表面没有损耗的特点，同时利用的仪器结构也很简单、成本低、不易受外界干扰，测试出的结果方便估计误差，并且根据此方法对3D表面的微结构进行成像，具备晶圆级样品表面三维成像的应用潜力。

需要说明的是：上述本申请实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。