红外显微镜基础知识

什么是红外显微镜？

红外显微镜是一种光学显微镜，采用微红外光谱技术，利用红外光分析微小区域。

由于使用长波长红外光作为光源，空间分辨率受衍射极限限制，但仍可进行光谱分析。 目前市场上许多红外显微镜结合了常见红外光谱仪的功能，如傅里叶变换红外光谱（FTIR）和全反射率。

红外显微镜的应用

红外显微镜被用于失效分析和材料科学研究，因为它们可以测量微观样品。 此外，红外吸收率的差异也用于检测固体中的异物污染，并有效检测有缺陷的产品。

它也被用作测量半导体厚度的方法。 半导体不仅以其在红外区域的透射距离为特征，还以其高折射率为特征。 需要使用红外光而非可见光进行光学测量，且由于红外线受高折射率影响，精度降低，这是缺点。

然而，它也有较小的优点，即较少受到被测物体表面不规则性的影响。 用红外显微镜测量半导体厚度的一种方法是干涉法，通过被测物体前后表面反射光的光程差来确定厚度。

红外显微镜的原理

红外显微镜的原理与通用光学显微镜相同。 红外显微镜结合了显微镜用于图像捕捉和光谱分析的功能。

具体来说，样品被放大并利用可见光观察以确定测量面积，然后切换到红外光进行测量。

红外显微镜的类型

一种红外显微镜是傅里叶变换显微镜，它结合了红外光谱仪和红外光谱仪的功能。

1. 红外光谱仪

红外光谱仪是一种红外显微镜，通过对透射（或反射）光进行光谱分析，从而了解样品的特性。 与光学显微镜类似，它由光源、镜子、透镜和探测器组成。

依赖传统折射的透镜不用于红外显微镜。 一种名为卡塞格林光学系统的物镜被用于反射望远镜。

使用光学系统时，空间分辨率大致等同于光源的波长，范围限制在几微米到几十微米之间。 在使用红外显微镜进行FTIR成像时，红外光通常为2.5~25微米。

由于该波长波段受分子振动和旋转调制，扫描波长可获得物质特异性光谱。 通过应用类似傅里叶的傅里叶分析，可以将其叠加到显微镜获得的二维图像上来实现映射。

2. 傅里叶变换（FT-IR）

傅里叶变换型（FT-IR）是一种红外显微镜，它通过连续照射样品，而非红外光，以了解其特性。 在同时用干涉仪探测所有波长后，干涉图样被转换为傅里叶变换，以获得与分子结构相对应的吸收光谱。

傅里叶变换的主要优点如下：

• 实现多波段同时检测。

• 因为它不使用缝隙，因此具有较高的S/N比。

• 通过延长移动镜面的行程距离，可以提高波长分辨率。

• 通过更换光源和窗板，测量波长范围可以从远红外扩展到可见光。

常见的傅里叶变换类型包括DTGS（三酸甘油二氢硫酸盐）和MCT（汞-镉碲化合物）。

DTGS是一种热电探测器，响应时间较慢，信噪比低，可在室温下使用。 当探测器上的红外入射光较低时，适合使用灵敏度良好的半导体型MCT探测器。 然而，MCT探测器必须用液氮冷却。