專利名稱：基于激光束感應(yīng)電流的微激光束掃描譜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于半導(dǎo)體光伏器件工藝過程中光電特性的在線檢測的測量裝置，具體涉及一種基于激光束感應(yīng)電流的微激光束掃描譜裝置。
紅外探測器已從單元器件、線列器件發(fā)展到焦平面列陣器件。但制備高質(zhì)量、大面積焦平面器件目前還是很困難的，工藝復(fù)雜、成本極高，缺乏好的測試方法及裝置。目前往往是在制備好器件后與讀出電路連接才能得知器件的光電特性，或者是對單個(gè)器件引輸出電極進(jìn)行一一測量，這種測量方法最大缺點(diǎn)是對器件有一定程度破壞，其次是工作量極大，對大面積的多元器件元數(shù)成千上萬，這樣測量幾乎根本無法完成如此之大的工作量。工藝過程的檢測對優(yōu)化工藝，提高器件性能以及降低成本是十分必要的，但是上述兩種方法均不適于器件制備工藝過程的在線檢測。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、非破壞、實(shí)用的半導(dǎo)體光伏多元器件制備工藝過程中的在線檢測的測量裝置。
本實(shí)用新型通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)氦氖激光器發(fā)射的波長為0.6328μm的激光光源1前進(jìn)的方向上依次置有聲光調(diào)制器2,45°平面全反射鏡3，光擴(kuò)束器4，光分束器5,CCD攝像機(jī)6，會(huì)聚顯微物鏡7，置于帶有步進(jìn)馬達(dá)10、11的三維樣品調(diào)整架9上的樣品8。樣品上產(chǎn)生的感應(yīng)電流輸出經(jīng)前置放大器12、鎖相放大器13，數(shù)字電壓表14、計(jì)算機(jī)15相聯(lián)。步進(jìn)馬達(dá)10、11與計(jì)算機(jī)15相聯(lián)。
激光光源1經(jīng)聲光調(diào)制器2調(diào)制后成為數(shù)千赫茲的高頻脈沖光，經(jīng)過45°平面全反射鏡3反射，通過光束擴(kuò)束器4擴(kuò)束，經(jīng)分束器5后，光束進(jìn)入會(huì)聚顯微物鏡7，經(jīng)會(huì)聚顯微物鏡7會(huì)聚的激光束入射到樣品8上，入射到樣品上的一部分光產(chǎn)生感應(yīng)電流，另一部分光經(jīng)樣品表面反射再經(jīng)會(huì)聚顯微物鏡7、光分束器5，入射到CCD攝像機(jī)6。
所說的CCD攝像機(jī)用于監(jiān)視激光束光斑，使激光束恰好會(huì)聚在樣品的表面上，這是通過調(diào)節(jié)三維樣品架Z方向的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。所說的激光光源功率為20-30mW，光束直徑約為1mm。所說的光束擴(kuò)束器用于將光束直徑擴(kuò)大約40倍，用擴(kuò)束器的目的是為了改善激光的發(fā)散角。會(huì)聚顯微物鏡用于將寬激光束會(huì)聚為小光斑，光斑的幾何尺寸至少要小于單元P-N結(jié)幾何尺寸一個(gè)量級。兩個(gè)步進(jìn)馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)三維調(diào)節(jié)架，使激光束相對置于三維調(diào)整架上的樣品上的X和Y方向進(jìn)行掃描，步進(jìn)馬達(dá)由計(jì)算機(jī)控制。這樣一次就可完成成千上萬個(gè)焦平面列陣器件單元的測量。
小光斑激光束入射到半導(dǎo)體材料的表面時(shí)，只要激光的光子能量大于材料的禁帶寬度，則會(huì)產(chǎn)生電子、空穴對，當(dāng)材料中存在有局部電場時(shí)，電子一空穴對會(huì)在局部電場的作用下繼續(xù)分離，進(jìn)而形成電流。由于沒有任何外加電場，這個(gè)電流完全取決于局部電場的特性，因此這個(gè)電流反映了材料的局部電場特性。材料中的缺陷往往能形成局部電場，這缺陷包括應(yīng)力、沉淀物、位錯(cuò)等，因此本裝置可用于半導(dǎo)體材料缺陷的檢測。光伏器件上的P-N結(jié)乃是人為制造的周期分布電場，在結(jié)的兩旁由于橫向光伏效應(yīng)，從而產(chǎn)生激光束感應(yīng)電流，而在遠(yuǎn)離P-N結(jié)處由于照明為小光點(diǎn)，照明乃是非對稱的，非對稱照明時(shí)在遠(yuǎn)離P-N結(jié)處會(huì)產(chǎn)生平行于結(jié)的光伏效應(yīng)，也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。綜上所述，當(dāng)激光束沿著P-N結(jié)逐點(diǎn)掃描時(shí)，會(huì)產(chǎn)生正負(fù)雙峰結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電流，在結(jié)的幾何中點(diǎn)感應(yīng)電流為零，感應(yīng)電流在結(jié)外為指數(shù)衰減。必須指出的是激光束的直徑要大大小于P-N結(jié)的幾何尺寸，至少要小一個(gè)量級。而用于檢測半導(dǎo)體材料缺陷，激光斑的尺寸也應(yīng)足夠小，激光光束的直徑?jīng)Q定了測量結(jié)果的分辨率。
本裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)1．本裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量方便，對半導(dǎo)體材料的電活性缺陷的檢測、光伏器件的光電特性測量只需在樣品的相對兩邊緣引輸出電極即可；對多元器件在器件制備工藝過程中，用掃描的方式一次就可完成成千上萬個(gè)單元的測量，并且對樣品沒有破壞。
2．本裝置測量靈敏度高，目前微電流測量技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)，材料中的電活性缺陷及P-N結(jié)的變化都會(huì)引起微小電流變化，可以十分準(zhǔn)確測量出樣品P-N結(jié)的精細(xì)結(jié)構(gòu)及內(nèi)部微小變化。
3．本裝置分辨率高，激光束的光斑尺寸可以達(dá)到0.3μm至3μm，無論對材料的缺陷還是對器件尺寸是足夠小了。
4．本裝置所測得的掃描譜含有極豐富的信息，例如結(jié)的深度、摻雜濃度等對激光束感應(yīng)電流形狀、大小、峰值位置具有直接影響。
5．本裝置所使用的部件是市場上已有的通用儀器，從而大大降低了成本。由于所采用的激光器功率很高，將光束擴(kuò)大40倍后，雖然僅僅用擴(kuò)束后的很小一部分，它的功率對于作為激發(fā)感應(yīng)電流仍是足夠的。由于采用了40倍的擴(kuò)束器，激光束的發(fā)散角大大減小，于是可以使用較低放大倍數(shù)的會(huì)聚顯微物鏡，仍可以得到較小光斑，必須指出的是，所使用的顯微物鏡，由于它的工作距離較一般的生物顯微物鏡要長，因此這種物鏡價(jià)格十分昂貴，倍率越高價(jià)格越貴，目前放大倍數(shù)大于10倍的物鏡還要進(jìn)口，由于可以使用較低倍率物鏡，因此使這裝置的價(jià)格又降低了。


圖1一種基于激光束感應(yīng)電流的微激光束掃描譜裝置示意圖；
圖2光伏碲鎘汞焦平面器件的激光束感應(yīng)電流譜圖。
實(shí)施例在圖1的實(shí)驗(yàn)裝置上，樣品為置于液氮杜瓦瓶內(nèi)的光伏碲鎘汞焦平面器件，液氮杜瓦瓶再置于三維調(diào)整架上，激光束相對樣品位置作X和Y向掃描，激光束感應(yīng)電流與位置的函數(shù)關(guān)系即是激光束感應(yīng)電流圖譜。測量和數(shù)據(jù)的采集均由計(jì)算機(jī)完成。典型結(jié)果示于圖2。
權(quán)利要求1．一種基于激光束感應(yīng)電流的微激光束掃描譜裝置，包括氦氖激光器、聲光調(diào)制器、反射鏡、光擴(kuò)束器、光分束器、CCD攝像機(jī)、會(huì)聚顯微物鏡、樣品、步進(jìn)馬達(dá)、三維樣品調(diào)整架、前置放大器、鎖相放大器、數(shù)字電壓表、計(jì)算機(jī)，其特征在于氦氖激光器發(fā)射的光源(1)前進(jìn)的方向上依此置有聲光調(diào)制器(2)、45°平面全反射鏡(3)、光擴(kuò)束器(4)、光分束器(5)、CCD攝像機(jī)(6)、會(huì)聚顯微物鏡(7)、置于帶有步進(jìn)馬達(dá)(10)、(11)的三維樣品調(diào)整架(9)上的樣品(8)；樣品上產(chǎn)生的感應(yīng)電流輸出經(jīng)前置放大器(12)、鎖相放大器(13)、數(shù)字電壓表(14)、計(jì)算機(jī)(15)相聯(lián)；步進(jìn)馬達(dá)(10)、(11)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)；激光光源(1)經(jīng)聲光調(diào)制器(2)調(diào)制后，經(jīng)過45°平面全反射鏡(3)反射，通過光束擴(kuò)束器(4)擴(kuò)束，經(jīng)分束器(5)后，光束進(jìn)入會(huì)聚顯微物鏡(7)，經(jīng)會(huì)聚顯微物鏡(7)會(huì)聚的激光束入射到樣品(8)上，一部分光經(jīng)樣品表面反射再經(jīng)會(huì)聚顯微物鏡(7)、光分束器(5)，入射到CCD攝像機(jī)(6)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1．一種基于激光束感應(yīng)電流的微激光束掃描譜裝置，其特征在于所說的光束擴(kuò)束器(4)擴(kuò)束倍率為30-40。
3．根據(jù)權(quán)利要求1．一種基于激光束感應(yīng)電流的微激光束掃描譜裝置，其特征在于所說的激光光源(1)功率為20-30mW。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于激光束感應(yīng)電流的微激光束掃描譜裝置,該裝置包括氦氖激光器、聲光調(diào)制器、光束擴(kuò)束器、光束分束器、CCD攝像機(jī)、會(huì)聚顯微物鏡、置于帶有兩個(gè)步進(jìn)馬達(dá)的三維樣品調(diào)整架上的樣品、放大器、計(jì)算機(jī)。激光束經(jīng)擴(kuò)束和會(huì)聚后入射到樣品上,樣品產(chǎn)生的感應(yīng)電流信號(hào)經(jīng)放大器放大。整個(gè)測試由計(jì)算機(jī)控制、采集、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理。本裝置結(jié)構(gòu)簡單、測量方便、對樣品沒有破壞,可用于大面積光伏型器件工藝過程的在線檢測,還可以用于半導(dǎo)體材料電活性缺陷的測量。
文檔編號(hào)G02F1/00GK2457738SQ0026549
公開日2001年10月31日 申請日期2000年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月27日
發(fā)明者茅文英, 王令名, 褚君浩, 趙軍 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所