纳秒之间的光影追踪：逐光IsCMOS像增强相机揭秘晶圆等离子体的瞬态之舞
随着微电子和光电子技术的迅猛发展，晶圆材料的探索与应用得到了前所未有的深化。同时，激光技术的飞跃式进步，尤其是激光诱导等离子体(Laser-Induced Plasma, LIP)技术，已经成为横跨工业与科研领域的一大亮点。LIP成像技术，通过对激光与晶圆材料相互作用瞬间形成的等离子体动态进行捕捉，为深入解析材料属性、精进加工工艺以及创新材料的研发提供了强有力的工具。
研究背景
然而，LIP现象的极端瞬态特性——短至纳秒级的演化时间，加之强烈的自发光背景，限制了对其完整形态的准确捕捉，给传统成像技术带来了巨大挑战。
在这一技术瓶颈下，IsCMOS像增强相机以其独特的技术优势，成为了LIP成像研究的破局者。这款相机融合了纳秒级的时间分辨率和单光子检测能力，同时兼具高帧率、高增益以及精确的门控延时功能，使得等离子体的细微形变在极短的时间窗口内也能被清晰记录。这突破常规的拍摄性能对于LIP成像研究至关重要，它为科学家们提供了直接观察等离子体从形成到消散全过程的手段，进而更直接深入地探讨其背后的物理规律。
综上所述，IsCMOS像增强相机在激光诱导晶圆材料等离子体成像中扮演着不可或缺的角色。其卓越的成像精度和超凡的灵敏度，不仅极大地促进了LIP研究的纵深发展，而且在材料科学、制造工艺优化及新材料探索等多个领域引发了突破性变革。随着技术的不断进步，IsCMOS像增强相机有望在更多领域发挥重要作用，为科学研究和技术创新提供强有力的支持。
实验方案
实验设备：
中智科仪IsCMOS像增强相机：型号TRC411-S-HQB-F;
中智科仪大通量紫外镜头;
355nm窄带滤光片(FWHM 10nm)。
实验任务描述：
利用IsCMOS像增强相机同步触发激光器拍摄激光诱导晶圆材料等离子体成像，通过IsCMOS像增强相机序列推扫功能，配合纳秒级的延时设置拍摄激光诱导不同晶圆材料等离子体的形态演变规律。
实验测试流程：
1. 激发的等离子体发光波长为 355nm，安装好紫外镜头和355nm窄带通滤光片，固定IsCMOS像增强相机位置，调节镜头焦距对焦。因诱导光斑较小，尺寸为百微米级别，实际上本次实验采用紫外微距镜头更好，但因测试条件限制，本次测试只采用普通紫外镜头进行拍摄。
图1 测试现场图片
2. 采用 IsCMOS像增强相机触发激光器，将相机的内触发频率与脉冲激光器的频率设置为 100kHz，通过IsCMOS序列推扫功能拍摄晶圆材料等离子体发光过程，图2中的亮斑为等离子体形状。
图2 通过IsCMOS相机序列推扫功能实现相机与等离子体发光延时的同步拍摄
(上图为相机参数设置、下图为等离子体光斑实拍图)
3. 以图2所测试的晶圆材料为例，gate延时395ns时为等离子体发光最亮时刻，后续每延时5ns 进行一次拍摄，观察等离子体的演化过程，由于不能在晶圆材料的同一个位置进行多次诱导，因而每次拍摄前需要手动调节晶圆材料的位置，不同晶圆材料的等离子体发光最亮时刻可能存在差异，需要根据IsCMOS相机序列推扫功能去捕获等离子体发光的最亮时刻。下图为激光对晶圆不同位置进行的激光诱导痕迹的实拍图。
图3 晶圆材料激光诱导痕迹实拍图
实验结果
本次实验对3种晶圆材料进行了测试，以下为部分实验数据展示：
图4 210晶圆材料激光诱导等离子体成像演化过程
图5 LLO晶圆材料激光诱导等离子体成像演化过程
图6 TPI晶圆材料激光诱导等离子体成像演化过程
结论
在本次实验中，利用IsCMOS像增强相机的内触发模式，实现了与激光器的精准同步，进而有效地诱导了3种不同的晶圆材料产生等离子体信号。通过精细调节相机的增益，优化门控时间，并设置适当的门控延时，成功地捕捉到了等离子体发光从最亮时刻直至逐渐消逝的全过程的演化图像。
如图4、图5及图6所示，IsCMOS像增强相机展现了其卓越的时间分辨率，它能够以超短的门控时间，实现纳秒级的延时拍摄，从而细致入微地记录下激光诱导等离子体发光的演变规律。这一连串的图像不仅揭示了等离子体发光的瞬息万变，还凸显了IsCMOS像增强相机在捕捉高速动态事件方面的非凡能力，为深入研究晶圆材料的物理特性和等离子体动力学提供了宝贵的视觉资料。
解决方案
由中智科仪自主研发生产的逐光IsCMOS像增强相机采用高量子效率低噪声的2代Hi-QE以及第3代GaAs像增强器，光学门宽短至500皮秒;全分辨率帧速高达98幅/秒;内置皮秒精度的多通道同步时序控制器，由SmartCapture软件进行可视化时序设置，完全适合时间分辨快速等离子现象。
01、500皮秒光学快门
以皮秒精度捕捉瞬态现象，并大幅降低背景噪声;
02、超高采样频率
逐光IsCMOS相机目前全分辨率下可达98帧，提供高速数据采集速率，同时可提供实验效率。此外设置使用其中16行的区域下，可以达到1300帧以上。
03、精准的时序控制
逐光IsCMOS像增强相机具有三路独立输入输出的时序同步控制器，最短延迟时间为10皮秒，内外触发设置可实现与激光器以及其他装置精准同步。
04、创新“零噪声”技术
得益于单光子信号的准确识别，相机的暗噪声及读出噪声被完全去除。
