Akustisen mikroskoopin mittauslaadun kehittäminen
| dc.contributor | Aalto-yliopisto | fi |
| dc.contributor | Aalto University | en |
| dc.contributor.advisor | Honkanen, Toni | |
| dc.contributor.author | Vaulanen, Mikko | |
| dc.contributor.school | Sähkötekniikan korkeakoulu | fi |
| dc.contributor.supervisor | Tittonen, Ilkka | |
| dc.date.accessioned | 2019-06-23T15:09:36Z | |
| dc.date.available | 2019-06-23T15:09:36Z | |
| dc.date.issued | 2019-06-17 | |
| dc.description.abstract | Elektroniikka- ja puolijohdeteollisuudessa erilaisia anturirakenteita voidaan valmistaa bondaamalla eli liittämällä puolijohdekiekkoja kiinni toisiinsa. Tämän liitoksen onnistumista voidaan tutkia skannaavilla akustisilla mikroskoopeilla (SAM), jotka mittaavat ultraäänipulssien heijastumista näytteen eri rajapinnoista. Työssä selvitettiin skannaavien akustisten mikroskooppien teoriaa ja toimintaperiaatetta sekä pyrittiin tunnistamaan tekijöitä, jotka heikentävät mikroskooppien mittauslaatua. Teoreettisen tarkastelun perusteella mikroskoopin mittapään taajuutta nostamalla ja sen polttoväliä alentamalla voitaisiin kasvattaa akustisen mikroskoopin resoluutiota. Lisäksi SAM:n väliaineena usein käytetyn veden matalan lämpötilan oletettiin alentavan kuvien kirkkautta. Teoreettisen tarkastelun pohjalta esitettyjä havaintoja pyrittiin tukemaan mittaamalla SAM:n vastaanottamaa akustista signaalia. Signaalia mitattiin oskilloskoopilla ennen ja jälkeen sen syöttämistä Hilbert-suodattimeksi kutsuttuun signaalin esiprosessointikomponenttiin. Hilbert-suodatin toimii signaalin jälkivahvistimena ja laskee signaalista verhokäyrän. Hilbert-suodattimen havaittiin tunnistavan vastaanotettu signaali toisin kuin teoreettisen tarkastelun perusteella oli oletettu. Hilbert-suodatin tunnisti signaalin heijastumisesta syntyneen pulssin värähtelyn ylimääräisenä heijastuksena. Tämän arveltiin johtuvan heijastusten tunnistamisessa käytetyn Hilbert-muunnoksen liian lyhyestä integrointi-ikkunasta. Työssä tehtiin myös harmaasävymittauksia, joissa pyrittiin tarkastelemaan työssä käytetyn SAM:n esi- ja jälkivahvistimen vaikutusta mitatun kuvan kirkkauteen eli harmaasävyyn. Mittauksissa vahvistimien todettiin vahvistavan harmaasävyjä erikseen lähes lineaarisesti saturoitumispisteeseen saakka, mutta esi- ja jälkivahvistimien yhteisvaikutus muutti harmaasävyjä epälineaarisesti. Diplomityön osana kehitettiin kaksi sovellusta, joista ensimmäinen helpottaa akustisten mikroskooppien mittauskyvykkyyden jatkuvaa seuraamista ja tarjoaa mittauskyvykkyydestä sekä numeerista että visuaalista palautetta. Toinen työssä toteutettu sovellus puolestaan helpottaa erityisesti akustisilla mikroskoopeilla otettujen harmaasävyisten kuvien analysointia värikoodaamalla ne. | fi |
| dc.description.abstract | In electronics and semiconductor industry, various sensor structures can be fabricated by bonding semiconductor wafers together. The success of this bonding can be analysed with a Scanning Acoustic Microscope (SAM) which measures ultrasonic pulses reflecting from sample interfaces. In this thesis, the theory and functioning principle of acoustic microscopy was studied with a goal of identifying factors that decrease measurement quality. Based on a theoretical analysis it was suggested that the resolution of a SAM could be improved by increasing its transducer frequency and decreasing focal length. In addition, water is often used as a scanning medium in SAM and its low temperature was assumed to decrease image brightness. The findings from theoretical analysis were confirmed by measuring the signal received by SAM. The signal was measured with an oscilloscope both before and after it was pre-processed with a component called Hilbert filter. Hilbert filter acts as a post-amplifier for received signal and calculates a signal envelope from it. Hilbert filter was observed to recognize received signal differently than theory would suggest. Hilbert filter recognized ringing of reflected acoustic pulse as an additional reflection. Its cause was presumed to be due to too short integration window in Hilbert transform which is used to recognize reflections. Measurements were also conducted to determine how the pre- and post-amplifiers of the SAM tool used in the study affect image brightness, i.e., gray value. Amplifiers were observed to separately increase brightness almost linearly up until saturation region. Their combined effect was, however, non-linear. As a part of this master's thesis two pieces of software were written. The first program helps in monitoring of SAM measurement capability while providing both numerical and visual feedback. The second program helps in manual analysis of grayscale images acquired with SAM by colouring them. | en |
| dc.format.extent | 56 + 28 | |
| dc.identifier.uri | https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/38980 | |
| dc.identifier.urn | URN:NBN:fi:aalto-201906234046 | |
| dc.language.iso | fi | en |
| dc.location | P1 | fi |
| dc.programme | Master’s Programme in Electronics and Nanotechnology (TS2013) | fi |
| dc.programme.major | Advanced Materials and Photonics | fi |
| dc.programme.mcode | ELEC3035 | fi |
| dc.subject.keyword | akustinen mikroskopia | fi |
| dc.subject.keyword | skannaava akustinen mikroskooppi (SAM) | fi |
| dc.subject.keyword | mittaaminen | fi |
| dc.subject.keyword | signaalinkäsittely | fi |
| dc.subject.keyword | Hilbert-muunnos | fi |
| dc.subject.keyword | MEMS | fi |
| dc.title | Akustisen mikroskoopin mittauslaadun kehittäminen | fi |
| dc.title | Improving measurement quality of a Scanning Acoustic Microscope | en |
| dc.type | G2 Pro gradu, diplomityö | fi |
| dc.type.ontasot | Master's thesis | en |
| dc.type.ontasot | Diplomityö | fi |
| local.aalto.electroniconly | yes | |
| local.aalto.openaccess | no |
