在半導(dǎo)體行業(yè)，摩爾定律的可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)正在推動該行業(yè)開發(fā) 2.5D/3D-IC 和先進(jìn)的封裝技術(shù)以提高性能。微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 設(shè)備目前正在為智能手機(jī)中的無數(shù)傳感器、智能揚(yáng)聲器/設(shè)備的麥克風(fēng)。硅光子學(xué)提供了處理超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心中 5G、AI 和 IOT/IIOT 的大量數(shù)據(jù)需求所需的帶寬。第二近紅外 (NIR-II) 區(qū)域中的高級熒光可以改進(jìn)體內(nèi)光學(xué)成像的深層組織穿透。

所有這些技術(shù)都受益于短波紅外 (SWIR) 顯微鏡的擴(kuò)展功能。本文更詳細(xì)地探討了這些應(yīng)用，以及 SWIR 顯微鏡（如 Optem FUSION 模塊化顯微鏡下圖）如何在 SWIR 成像中提供靈活的優(yōu)勢。

Xenics近紅外成像儀與數(shù)字顯微平臺開啟科技前沿應(yīng)用。借著CMOS探測器升級的這股東風(fēng)，Xenics順風(fēng)而上，Xenics短波紅外相機(jī)在SWIR 成像中又有了新的進(jìn)步，針對硅材料的一些領(lǐng)域，數(shù)字顯微成像有了更好的圖像呈現(xiàn)給用戶。

隨著我們的社會迅速接受遠(yuǎn)程工作、教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會議，以及許多其他方面的數(shù)字化，新數(shù)字時代和超連接社會即將到來。

Xenics短波紅外顯微鏡相機(jī)

常見顯微鏡在 400-700 nm 的可見波長范圍內(nèi)工作，通常包含一組觀察目鏡和一個攝像頭端口。隨著智能手機(jī)相機(jī)的普及，在各種條件下以及在極端尺寸、重量和功率限制下，對低成本高質(zhì)量圖像的需求，促進(jìn)了市場，極大地提高了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 傳感器的性能。適用于顯微應(yīng)用的高性能傳感器也從中受益，這使得向數(shù)字顯微系統(tǒng)的發(fā)展又邁出了一步。

    Excelitas 的 Optem FUSION 模塊化系統(tǒng)擁有各種現(xiàn)成的光學(xué)模塊，提供了一個靈活的數(shù)字顯微鏡平臺，可以滿足許多顯微成像應(yīng)用的要求。多功能系統(tǒng)支持可見光、近紅外 (NIR) 和 SWIR 波長范圍，并且可以配置固定放大或變焦（7:1 或12.5:1）。該系統(tǒng)還提供了許多電動模塊，以滿足高吞吐量和自動化應(yīng)用的要求。

在新的探測器材料，制造技術(shù)，以及應(yīng)用需求的進(jìn)一步發(fā)展下，對可見光以外波長的成像開辟了全新的可能，紅外成像傳感器供應(yīng)商 Xenics Infrared Solutions最近發(fā)布了 Wildcat 640近紅外成像儀，這是一款緊湊型短波紅外熱像儀 (尺寸55 x 55 x 91.5 mm3)，配備 CameraLinkTM 或 USB3 接口，基于 InGaAs在短波紅外波長范圍（900 nm – 1700 nm）內(nèi)實(shí)現(xiàn)高性能成像。能夠運(yùn)行到 220 Hz并且保證低噪音

圖3將成像擴(kuò)展到 SWIR 波段提供了可見波段中不可用的附加信息

（高增益下只有 80 個電子）具有高動態(tài)范圍（高增益模式下為 63 dB，高動態(tài)范圍模式下為 68 dB），Wildcat 640 為SWIR 顯微鏡提供了非常靈活的解決方案。將 SWIR Wildcat 640 相機(jī)與 Optem FUSION 模塊化顯微鏡相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)以其他方式無法實(shí)現(xiàn)的全新應(yīng)用和技術(shù)范圍（圖 3）。

產(chǎn)品應(yīng)用：

短波紅外顯微鏡應(yīng)用之一：半導(dǎo)體檢測

芯片的擴(kuò)展，增加晶體管密度和計(jì)算性能面臨越來越困難的物理挑戰(zhàn)。重點(diǎn)正在轉(zhuǎn)移到其他領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)更低的功耗和更高的速度，包括 2.5D/3D-IC 和先進(jìn)的封裝技術(shù)。其中許多依賴于具有垂直互連的多個裸片或晶圓的復(fù)雜堆疊和鍵合（圖 4、圖 5）。

硅是大多數(shù)電子設(shè)備的基礎(chǔ)，在可見光波長下是不透明的，這限制了對其表面結(jié)構(gòu)的堆疊和粘合層的檢查。然而，在大于硅的帶隙（1100 nm）的波長下，硅是透明的。使用 Optem FUSION SWIR 顯微鏡可以看到粘合層，以進(jìn)行對齊、質(zhì)量評估和缺陷檢查。此外，SWIR 顯微鏡可在切割前操作期間實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)，然后對切割后的芯片進(jìn)行芯片缺陷和裂紋檢測。

圖 4：通過半導(dǎo)體芯片的 SWIR 成像突出顯示，可見波長未見的掩埋特征

圖 5：采用 3D 堆疊和互連層的高帶寬內(nèi)存

短波紅外顯微鏡應(yīng)用之一：微機(jī)電系統(tǒng)

MEMS 傳感器的高靈敏度、可靠性和成本效益正在為智能手機(jī)、汽車、高級顯示器和醫(yī)療設(shè)備的許多功能提供動力。

MEMS 器件制造依賴于硅層的微加工。工程結(jié)構(gòu)的檢查和粘合后的檢查對于檢測氣泡和破裂的情況至關(guān)重要。

今天的工業(yè)打印頭（用于工業(yè)打印和 3D 制造）使用 MEMS 膜。檢查打印頭是否有污垢/碎屑/氣泡對于質(zhì)量控制至關(guān)重要。SWIR數(shù)字顯微成像能夠通過硅檢查氣泡、空隙和缺陷，以改進(jìn)質(zhì)量控制（圖 6）。

圖 6：MEMS 硅打印頭。使用 SWIR 顯微鏡可以直接通過硅對氣泡和碎片進(jìn)行成像

短波紅外顯微鏡應(yīng)用之一： 硅光子學(xué)

由于社會市場的5G 和 IOT/IIOT 在內(nèi)的技術(shù)推動，設(shè)備互連被迅速采用，人們對數(shù)據(jù)的需求呈指數(shù)級增長。大量數(shù)據(jù)需要具有難以置信的帶寬的巨大數(shù)據(jù)中心， 使用 VSLI 技術(shù)將光學(xué)元件集成到硅晶片上，可實(shí)現(xiàn)高帶寬的硅光子收發(fā)器（目前為100 Gb/s，未來為 400 Gb/s 及更高），這是滿足數(shù)據(jù)中心帶寬需求的關(guān)鍵。

硅光子器件通過集成的硅（或 Si）波導(dǎo)傳播 SWIR 波長的光信號。由于不能在硅中生產(chǎn)激光器（Si 不是直接帶隙材料），因此需要將單獨(dú)的直接帶隙 III-V 激光管芯（例如 InP 或 GaN）倒裝芯片組裝并對準(zhǔn)到硅光子芯片上。SWIR 顯微鏡提供了對這些光子集成電路進(jìn)行高精度制造、對準(zhǔn)、封裝和測試的方法。

短波紅外顯微鏡應(yīng)用之一： 生物醫(yī)學(xué)熒光

了解人體內(nèi)活細(xì)胞和固定細(xì)胞的相互作用和功能對于醫(yī)學(xué)進(jìn)步至關(guān)重要。熒光顯微鏡能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)和其他生物分子進(jìn)行選擇性成像，為 DNA 測序、了解活細(xì)胞相互作用和遞送系統(tǒng)提供革命性的機(jī)會，僅舉幾例創(chuàng)新。

共焦和光片顯微鏡，利用 SWIR 波長更少的散射和沒有自發(fā)的熒光，可以更深入的滲透到人體組織中，提高圖像清晰度，并且見證以前無法證實(shí)理論