1 兆聲清洗技術(shù)背景

Schwartzman等人，1993在SC1、SC2清洗時(shí)使用了兆頻超聲技術(shù)，獲得前所未有的清洗效果，使得該方法在清洗工藝中被廣泛采用，也引發(fā)了對(duì)超聲波增強(qiáng)清洗效果的規(guī)律與機(jī)理的研究。1995年Busnaina的研究表明，兆頻超聲波去除粒子的能力與溶液的組成、粒子的大小、超聲波的功率及處理時(shí)間有關(guān)。1997年Olim發(fā)現(xiàn)兆頻超聲去除粒子的效率與粒子直徑的立方成正比，并由此推斷兆頻超聲無法去除0.1μm以下的粒子。但是，兆聲波清洗拋光片可去掉晶片表面上＜0.2μm的粒子，起到超聲波起不到的作用。這種方法能同時(shí)起到機(jī)械擦片和化學(xué)清洗兩種方法的作用。兆聲波清洗方法已成為拋光片清洗的一種有效方法。但是，隨著頻率升高，聲傳播的效率會(huì)降低，所以兆聲波清洗技術(shù)效果并不是頻率越高越好。目前，一般用的頻率范圍是（700～1000）kHz。

2 兆聲波清洗原理簡(jiǎn)介

聲能在液體內(nèi)傳播時(shí)，液體會(huì)沿聲傳播的方向運(yùn)動(dòng)，形成聲學(xué)流（Acousticstreaming），聲學(xué)流是由聲波生產(chǎn)的力和液體的聲學(xué)阻力以及其他的氣泡阻力形成的液體的流動(dòng)的效果，兆聲波清洗就是利用聲能產(chǎn)生的液體流動(dòng)來去除硅片表面的污染物，其原理見圖1。

兆聲波清洗是由高頻（700～1000kHz）的波長(zhǎng)短（1.5μm左右）的高能聲波推動(dòng)溶液做加速運(yùn)動(dòng)，使溶液以加速的流體形式連續(xù)沖擊硅片表面，使硅片表面的顆粒等污染物離開硅片進(jìn)入溶液中，達(dá)到去除污染物的目的。隨著聲能的增高，表面張力會(huì)下降，這可改善浸潤(rùn)效果及小顆粒的浸潤(rùn)。而且，能量越高，聲學(xué)流的速度越快，硅片表面被帶走的顆粒也隨之增多反應(yīng)速率也會(huì)升高，這可降低反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)，也可以降低化學(xué)液的濃度。隨著頻率升高，空洞現(xiàn)象的閥值會(huì)升高，所以兆聲不會(huì)像超聲一樣會(huì)產(chǎn)生氣泡而損傷硅片表面。

而根據(jù)超聲頻率的高低對(duì)應(yīng)的去除污染物顆粒大小的能力，選用的頻率見表1。

3 兆聲波清洗技術(shù)的特點(diǎn)

（1）美國(guó)VEＲTEQ公司的M.Olesen.Y.Fan等人研究發(fā)現(xiàn)，兆聲技術(shù)有如下特點(diǎn)。

能大大降低邊界層的厚度，使其具有清除深亞微米顆粒的能力，可滿足現(xiàn)行工藝以及0.1μm（線寬）技術(shù)對(duì)清洗工藝的需求。有兆聲時(shí)邊界厚度的對(duì)比（見圖2）。

（2）可以極大的提高清洗效率，從圖3有無兆聲時(shí)的清洗效率對(duì)比圖中可以看到，當(dāng)兆聲關(guān)閉時(shí)，用30s的時(shí)間清洗效率只能達(dá)到20%，有兆聲時(shí)，只需10s的時(shí)間清洗效率就可達(dá)到99.99%。

（3）由于兆聲波清洗可以使用稀釋倍數(shù)大的化學(xué)液，從而大大減少了化學(xué)藥品的用量和消耗，降低了清洗工序的工藝成本，有效減少了化學(xué)液的污染，保護(hù)環(huán)境。圖3是在極低濃度的化學(xué)液中有無兆聲的清洗效果對(duì)比圖。

由于兆聲波清洗具備以上諸多優(yōu)點(diǎn)，因此使得兆聲波清洗很快成為硅片清洗行業(yè)中廣泛應(yīng)用于去除微細(xì)顆粒的重要手段。

4 兆聲波清洗技術(shù)在清洗設(shè)備中的應(yīng)用

結(jié)合常規(guī)的濕法清洗工藝開發(fā)出適合相關(guān)工藝階段的兆聲清洗設(shè)備，按照這些設(shè)備的不同結(jié)構(gòu)，大體可分為兩類，一類是融匯在濕法清洗機(jī)兆聲清洗槽或兆聲漂洗槽，它們作為設(shè)備的一部分，只完成單個(gè)的清洗或漂洗過程。另一類則是以獨(dú)立的設(shè)備形式出現(xiàn)。這就是兆聲清洗機(jī)，該種設(shè)備通常配備兩個(gè)槽體，一個(gè)清洗槽和一個(gè)沖洗槽，清洗槽是在兆聲環(huán)境下用化學(xué)液來去除硅片表面的微細(xì)顆粒及化學(xué)污染物等，沖洗槽則是對(duì)清洗完的硅片用去離子水進(jìn)行沖洗，從而達(dá)到生產(chǎn)需要的潔凈度。

但是由于兆聲傳播是一種介質(zhì)傳播，聲音傳播中的能量會(huì)轉(zhuǎn)化成介質(zhì)的動(dòng)能，因此在使用兆聲清洗的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生兆聲能量的衰減。導(dǎo)致能量衰減的因素，首先是兆波的反射，如圖4所示。

兆聲能量的衰減可通過以下公式計(jì)算：

衰減系數(shù)γ可表示為：γ=γ吸收+γ分散；γ分散在液體中，不在計(jì)算內(nèi)。在水液體中，γ吸收系數(shù)（dB/m）=0.2F2（MHz）。

由此計(jì)算可得，在頻率為950kHz時(shí)，衰減度約為0.002dB/m；在頻率為40kHz時(shí)，衰減度約為0.000003dB/m，在水液體中，兆聲波衰減約為低頻超聲波衰減的1000倍，如圖5所示。因此，在兆聲清洗中，液位不能超過500mm。而在低頻超聲波中，超聲波能量可傳至（1.5～2）m高。

安裝時(shí)，石英缸底部有一定傾斜角度更利于高頻兆聲波的傳播，由圖7中角度與聲壓的關(guān)系可知，當(dāng)θ=2°時(shí)，最有利于兆聲波的傳播。

由于聲波傳播時(shí)一種介質(zhì)傳播，因此在不同的頻率下石英缸作為傳遞介質(zhì)，它的厚度也對(duì)兆聲的傳播有一定影響。

通過下面公式可以計(jì)算出不同介質(zhì)中聲波的傳播率D：

從圖8可見，當(dāng)厚度t=3mm時(shí)，兆聲波在石英中具備更好的傳播率。

兆聲發(fā)生器在石英循環(huán)溢流槽中的安裝原理見圖9。

5 兆聲清洗技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

由于兆聲波能去除硅片表面的微小顆粒，并且不會(huì)對(duì)硅片表面造成損傷，近幾年兆聲波清洗被大量的應(yīng)用在清洗工藝中。兆聲波用在SC－1中，可提高去除顆粒尤其是小顆粒的效果；用在DHF，臭氧水、純水中都能起到增強(qiáng)清洗效果的作用。目前兆聲清洗技術(shù)被廣泛應(yīng)用于液晶、手機(jī)鏡片、光學(xué)器件照相機(jī)鏡頭制造業(yè)，汽車、摩托車制造業(yè)，電子、微電子、電子電器元器件制造業(yè)，五金業(yè)、機(jī)械的零件業(yè)，航天、航空清洗精密零部件業(yè)，鐘表、眼境、珠寶制造業(yè)，家電產(chǎn)品制造業(yè)，電鍍業(yè)，鐵路機(jī)車造業(yè)等各個(gè)行業(yè)。（轉(zhuǎn)）

具體應(yīng)用涉及：

• 帶圖案或不帶圖案的掩模版和晶圓片

• Ge, GaAs以及InP晶圓片清洗

• CMP處理后的晶圓片清洗

• 晶圓框架上的切粒芯片清洗

• 等離子刻蝕或光刻膠剝離后的清洗

• 帶保護(hù)膜的分劃版清洗

• 掩模版空白部位或接觸部位清洗

• X射線及極紫外掩模版清洗

• 光學(xué)鏡頭清洗

• ITO涂覆的顯示面板清洗

• 兆聲輔助的剝離工藝

概念

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)是在ＤＮＡ芯片技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的一項(xiàng)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)。其原理是將大量不同的蛋白質(zhì)分子（如酶、抗原、抗體、受體、配體、細(xì)胞因子等）通過微陣列的形式有序排列在固相載體表面，利用蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)或者蛋白質(zhì)與其他分子之間的特異性結(jié)合，獲得與之特異性結(jié)合的待測(cè)蛋白（如血清、血漿、淋巴、間質(zhì)液、尿液、滲出液、細(xì)胞溶解液、分泌液等）的相關(guān)信息，便于我們分析未知蛋白的組分、序列，體內(nèi)表達(dá)水平、生物學(xué)功能、與其他分子的相互調(diào)控關(guān)系、藥物篩選、藥物靶位的選擇等。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)，為我們提供了一種比傳統(tǒng)的凝膠電泳、Western blot和Elisa更為方便和快速研究蛋白質(zhì)的方法。該方法具有高通量，微型化和快速平行分析等優(yōu)點(diǎn)，不僅對(duì)基礎(chǔ)分子生物學(xué)的研究產(chǎn)生重要影響，也在臨床診斷、療 效分析、藥物篩選及新藥研發(fā)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

特點(diǎn)

①蛋白芯片具有高特異性、重復(fù)性、準(zhǔn)確性。這是由抗原抗體之間、蛋白與配體之間的特異性結(jié)合決定的。

②蛋白芯片具有高通量和操作自動(dòng)化的特點(diǎn)，在一次實(shí)驗(yàn)中可對(duì)上千種目標(biāo)蛋白同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，效率極高。

③可發(fā)現(xiàn)低豐度、小分子量蛋白質(zhì)，并能測(cè)定疏水蛋白質(zhì)，特別是膜蛋白質(zhì)。

④蛋白芯片具有高靈敏性，只需0.5-5μL樣品，或2000個(gè)細(xì)胞即可檢測(cè)。

蛋白芯片技術(shù)在分子生物學(xué)及生物化學(xué)基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用

01 在蛋白質(zhì)水平上檢測(cè)基因的表達(dá)

由于基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA數(shù)量并不能準(zhǔn)確反映基因的翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)的質(zhì)與量，因此在蛋白質(zhì)水平上檢測(cè)基因的表達(dá)對(duì)于了解基因的功能非常重要。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)產(chǎn)生前，蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)是蛋白質(zhì)組規(guī)模上進(jìn)行蛋白質(zhì)表達(dá)研究的僅有方法，但這種技術(shù)操作繁瑣而且難以快速檢測(cè)樣品中成百上千種蛋白質(zhì)的表達(dá)變化。蛋白質(zhì)芯片的特異性、靈敏性和高通量等特點(diǎn)，在檢測(cè)基因表達(dá)終產(chǎn)物蛋白質(zhì)譜的構(gòu)成及變化中發(fā)揮著不可替代的作用。

02 高通量篩選抗原/抗體相互作用

目前蛋白質(zhì)芯片檢測(cè)利用最廣泛的生物分子相互作用是抗原抗體的特異性識(shí)別和結(jié)合，單克隆抗體是蛋白質(zhì)芯片檢測(cè)中使用最廣泛的生物分子。運(yùn)用蛋白質(zhì)芯片可以研究不同抗原/抗體的特異性作用，而且對(duì)于檢測(cè)樣品中極微量的抗原/抗體分子作用非常有利。

03 蛋白質(zhì)/蛋白質(zhì)相互作用分析

酵母雙雜交系統(tǒng)是近年來基因組規(guī)模上研究蛋白質(zhì)相互作用的主要方法，但存在體內(nèi)操作、假陽(yáng)性、假陰性和外源蛋白質(zhì)折疊、修飾等局限。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)不依靠任何生物有機(jī)體而在體外直接檢測(cè)目標(biāo)蛋白質(zhì)，實(shí)驗(yàn)條件可隨意控制，同時(shí)實(shí)驗(yàn)步驟自動(dòng)化程度高，一次分析的蛋白質(zhì)數(shù)量巨大，因而成為目前除酵母雙雜交系統(tǒng)外進(jìn)行大規(guī)模研究蛋白質(zhì)相互作用的主要方法。

04 酶/底物作用分析

耶魯大學(xué)的Snyder小組用蛋白芯片對(duì)酵母基因組編碼的119種蛋白激酶的底物專一性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)中將蛋白激酶表達(dá)為谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）融合蛋白，針對(duì)17種不同的底物，平行測(cè)定了119種GST2蛋白激酶融合蛋白的底物專一性，發(fā)現(xiàn)了許多新的酶活性，大量蛋白激酶可以對(duì)酪氨酸進(jìn)行磷酸化，而這些激酶在催化區(qū)域附近有共同的氨基酸殘基。也證明了蛋白質(zhì)芯片可作為高通量篩選酶-底物作用的良好平臺(tái)。

蛋白芯片的檢測(cè)目前蛋白芯片的檢測(cè)主要有兩種方式。一種是以質(zhì)譜技術(shù)為基礎(chǔ)的直接檢測(cè)法，采用表面增強(qiáng)激光解析離子化-飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)，用激光解析電離的方法將保留在芯片上的蛋白質(zhì)解離出來。具體過程為：芯片經(jīng)室溫干燥后，加能量吸附因子如芥子酸，使其與蛋白質(zhì)結(jié)合成混合晶體，以促進(jìn)蛋白質(zhì)在飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測(cè)中的解析和離子化，利用激光脈沖輻射使芯池中的分析物解析成荷電粒子，根據(jù)不同質(zhì)荷比離子在儀器場(chǎng)中的飛行時(shí)間長(zhǎng)短不一，通過飛行時(shí)間質(zhì)譜來精確地測(cè)定出蛋白質(zhì)的質(zhì)量，并由此繪制出一張質(zhì)譜來，以分析蛋白質(zhì)的分子量和相對(duì)含量。另一種為蛋白質(zhì)標(biāo)記法，樣品中的蛋白質(zhì)預(yù)先用熒光染料或同位素等標(biāo)記，結(jié)合到芯片上的蛋白質(zhì)就會(huì)發(fā)出特定的信號(hào)，用CCD照相技術(shù)及熒光掃描系統(tǒng)等對(duì)激發(fā)的熒光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。與飛行時(shí)間質(zhì)譜相比，該方法定量更加準(zhǔn)確，操作也更加簡(jiǎn)便。與DNA芯片一樣，蛋白質(zhì)芯片同樣蘊(yùn)含著豐富的信息量，必須利用專門的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖像分析、結(jié)果定量和解釋。其中應(yīng)用最廣的是熒光染料標(biāo)記法，原理較為簡(jiǎn)單、使用安全、靈敏度高，且有很好的分辨率?？芍苯佑?b>廣州博鷺騰 GelView 6000Plus進(jìn)行拍攝。

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虛擬儀器特點(diǎn)

虛擬儀器是近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)快速發(fā)展而廣泛應(yīng)用的一種新型儀器設(shè)備。與傳統(tǒng)硬件儀器相比，虛擬儀器具有靈活性高、功能強(qiáng)大、易于維護(hù)等顯著優(yōu)勢(shì)。它不僅能夠有效降低硬件成本，還能根據(jù)不同需求進(jìn)行快速配置和擴(kuò)展，極大地提升了實(shí)驗(yàn)和測(cè)量的效率和精度。本文將深入分析虛擬儀器的特點(diǎn)，探討其在現(xiàn)代科學(xué)研究、工業(yè)檢測(cè)、教育培訓(xùn)等領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值。

1. 高度的靈活性與可編程性

虛擬儀器大的特點(diǎn)之一就是其高度的靈活性。傳統(tǒng)的儀器設(shè)備通常是專門為某一特定功能設(shè)計(jì)，硬件功能固定，擴(kuò)展困難。而虛擬儀器依賴于計(jì)算機(jī)和可編程的軟件平臺(tái)（如LabVIEW、MATLAB等），使得用戶可以根據(jù)需求隨時(shí)調(diào)整功能模塊。虛擬儀器通過軟件控制硬件設(shè)備，用戶可以輕松地修改測(cè)試程序和測(cè)量方式，進(jìn)行自定義的功能擴(kuò)展，適應(yīng)不同的測(cè)試環(huán)境和需求。這種可編程性不僅為開發(fā)者提供了更多自由度，也為各行業(yè)應(yīng)用提供了多種可能性。

2. 集成化和多功能性

虛擬儀器的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是其高集成度和多功能性。通過軟件平臺(tái)，虛擬儀器可以將多個(gè)傳統(tǒng)儀器的功能集成在一個(gè)系統(tǒng)中。例如，一個(gè)虛擬示波器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)示波器的測(cè)量功能，還可以兼具信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等功能。這種集成化的設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了設(shè)備空間，還大大降低了采購(gòu)和維護(hù)成本。用戶只需要購(gòu)買一個(gè)集成系統(tǒng)，就可以通過軟件界面實(shí)現(xiàn)多種功能的切換和使用，極大地提高了工作效率。

3. 高精度與實(shí)時(shí)性

虛擬儀器雖然以軟件為主，但依然能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的測(cè)量和實(shí)時(shí)的信號(hào)處理。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷提升，虛擬儀器在信號(hào)采集、處理、分析和顯示方面的精度也越來越高。采用現(xiàn)代高速AD/DA轉(zhuǎn)換技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)后，虛擬儀器能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)儀器媲美的高精度測(cè)量。并且，通過優(yōu)化的軟件算法，虛擬儀器能夠提供實(shí)時(shí)的信號(hào)處理和顯示，使得用戶能夠快速做出決策，滿足高要求的測(cè)試場(chǎng)景。

4. 易于升級(jí)與維護(hù)

傳統(tǒng)的硬件儀器在使用過程中，一旦出現(xiàn)故障或需要增加新功能，往往需要進(jìn)行較為復(fù)雜的硬件升級(jí)或維修。而虛擬儀器的維護(hù)和升級(jí)則更加簡(jiǎn)便。用戶只需要通過更新軟件或更換模塊，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能拓展或故障修復(fù)。這種軟件和硬件分離的設(shè)計(jì)使得虛擬儀器具有很好的可維護(hù)性。并且，由于其模塊化的特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求靈活增加新的測(cè)試功能，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

5. 成本效益高

傳統(tǒng)儀器在研發(fā)、生產(chǎn)和使用過程中，往往需要大量的資金投入，且更新?lián)Q代較慢。虛擬儀器由于其硬件和軟件的高度可重構(gòu)性，能夠在同一平臺(tái)上滿足不同用戶的需求，從而顯著降低了成本。用戶只需要根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的軟件和硬件平臺(tái)，避免了購(gòu)買多個(gè)專用設(shè)備的高額費(fèi)用。虛擬儀器的多功能特性使得設(shè)備的利用率大大提高，進(jìn)一步減少了設(shè)備閑置的時(shí)間和成本。

6. 易于與其他系統(tǒng)集成

虛擬儀器具有較強(qiáng)的兼容性，可以與現(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備及外部?jī)x器進(jìn)行集成。通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口協(xié)議，虛擬儀器能夠?qū)崿F(xiàn)與各種硬件設(shè)備和信息系統(tǒng)的無縫對(duì)接。這種集成能力使得虛擬儀器在復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)線以及自動(dòng)化測(cè)試中展現(xiàn)出了極大的潛力。無論是數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理，還是系統(tǒng)控制，虛擬儀器都能夠靈活適應(yīng)，極大地提升了測(cè)試與監(jiān)控的智能化水平。

結(jié)語(yǔ)

總體而言，虛擬儀器以其靈活性、高集成度、多功能性、高精度與易于維護(hù)的特點(diǎn)，在現(xiàn)代測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。其低成本、高效能的優(yōu)勢(shì)使得虛擬儀器在科研、工業(yè)、教育等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成為替代傳統(tǒng)硬件儀器的理想選擇。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬儀器將在更多行業(yè)中展現(xiàn)出更大的潛力，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展。

TG 
?研究熱降解。 
?化學(xué)反應(yīng)所導(dǎo)致的質(zhì)量變化諸如吸收、吸附、脫附。 
?樣品純度。 
DTA
?主要用于檢測(cè)轉(zhuǎn)變溫度 
?樣品純度 
DSC 
?測(cè)定主要的轉(zhuǎn)變溫度。 
?晶體相熔化熱的測(cè)定以及結(jié)晶度。 
?研究晶體動(dòng)力學(xué) 
?測(cè)定熱容。 
?測(cè)定生成熱。 
?樣品純度。 
熱分析技術(shù)在材料研究中的應(yīng)用 
?熱分析技術(shù)的所有的適用性幾乎都會(huì)導(dǎo)致其在科學(xué)的每一個(gè)領(lǐng)域種得到應(yīng)用，著重強(qiáng)調(diào)在材料技術(shù)、材料工程以及純材料科學(xué)研究中解決問題。