快速獲取硅片光致發(fā)光影像的Si-CCD照相機(jī)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種快速獲取硅片光致發(fā)光影像的S1-C⑶照相機(jī)及其方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]為了判斷硅片或電池片是否存在缺陷，常用的方法是采用CXD (Charge CoupledDevice,電荷耦合器件)照相機(jī)拍攝硅片或電池片的光致發(fā)光影像，通過(guò)觀察其光致發(fā)光影像，可直接判斷出硅片或電池片是否存在缺陷及缺陷的位置。CCD照相機(jī)是根據(jù)光致發(fā)光效應(yīng)原理來(lái)進(jìn)行工作的。所謂光致發(fā)光效應(yīng)是指:當(dāng)指價(jià)帶的電子受到入射光子的激發(fā)后，會(huì)躍過(guò)禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶。如果導(dǎo)帶上的這些被激發(fā)的電子又躍遷回到價(jià)帶時(shí)，會(huì)以放出光子的形式來(lái)釋放能量。光致發(fā)光效應(yīng)也稱突光效應(yīng)，其英文術(shù)語(yǔ)為:Photoluminescence,簡(jiǎn)稱PL0 CXD照相機(jī)的工作原理如下:
首先利用激光作為激發(fā)光源，提供一定能量的入射光子，硅片中處于基態(tài)的電子在吸收這些光子后而進(jìn)入激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的電子屬于亞穩(wěn)態(tài)，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)回到基態(tài)，并發(fā)出以1150 nm的紅外光為波峰的熒光。CCD照相機(jī)即可對(duì)所述發(fā)出的熒光進(jìn)行感光成像，獲取光致發(fā)光影像；
從硅片中發(fā)出光致發(fā)光效應(yīng)的光的強(qiáng)度與本位置的非平衡少數(shù)載流子的密度成正比，而硅片中存有缺陷的地方會(huì)成為少數(shù)載流子的強(qiáng)復(fù)合中心，因此該區(qū)域的少數(shù)載流子密度變小導(dǎo)致熒光效應(yīng)減弱，在圖像上表現(xiàn)出來(lái)就成為暗色的點(diǎn)、線，或一定的區(qū)域，而在電池片內(nèi)復(fù)合較少的區(qū)域則表現(xiàn)為比較亮的區(qū)域。因此，通過(guò)觀察光致發(fā)光成像能夠判斷硅片或電池片是否存在缺陷。
[0004]CXD照相機(jī)的成像時(shí)間取決于CXD的種類和質(zhì)量，且CXD照相機(jī)的成像時(shí)間和進(jìn)入相機(jī)的光線強(qiáng)度成正比。同時(shí)，CCD照相機(jī)得到的影像亮度在光線足夠的情況下是和曝光成像時(shí)間成線性(正比)關(guān)系。曝光時(shí)間越長(zhǎng)，影像越亮。但是在光線非常微弱的情況下，影像的亮度和曝光成像時(shí)間就不一定是線性關(guān)系。
[0005]現(xiàn)有的CXD照相機(jī)包括以InGaAs (砷化銦鎵)為CXD感光器件的InGaAs-CXD照相機(jī)，以及以Si (硅)為感光元器件的S1-CCD照相機(jī)。
[0006]InGaAs-CCD照相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于其所需的最短有效曝光時(shí)間較短，所以其獲取光致發(fā)光影像的速度較快，在等效一個(gè)太陽(yáng)光強(qiáng)激發(fā)下，得到一幅清晰的光致發(fā)光影像，如果采用InGaAs-C⑶照相機(jī)需要5 - 10秒。但是，其缺陷在于:1、受到單個(gè)CXD合格率和性能一致性的限制，超過(guò)IK X IK高分辨率的InGaAs相機(jī)價(jià)格非常昂貴，因此，其不適用于大部分的使用者。2、InGaAs-C⑶的本體噪聲很高，得到的PL影像有很高的背景噪聲。(依據(jù)半導(dǎo)體材料的物理特性，任何電子元器件都存在有本底噪聲:熱噪聲，熱噪聲的強(qiáng)度和溫度成正比。當(dāng)微弱的光產(chǎn)生的電信號(hào)低于傳感器本身的熱噪聲時(shí)，常規(guī)的CCD就沒(méi)有辦法從較大的熱噪聲中分辨出信號(hào)。所以CCD本身的熱噪聲是限制了它對(duì)于微弱發(fā)光物體的拍攝能力。)
S1-C⑶照相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于成本相對(duì)比較便宜，且性能非常穩(wěn)定，分辨率也能達(dá)到非常高。它常用的光譜響應(yīng)范圍是400nm至800nm。但是，其缺點(diǎn)在于:1、它對(duì)100nm之后的光譜產(chǎn)生的感光電流非常微弱，可能低于它本身的熱噪聲，因此，對(duì)上述1150 nm的光譜獲取的光致發(fā)光影像的效果較差；2、其最短有效曝光時(shí)間較長(zhǎng)，在等效一個(gè)太陽(yáng)光強(qiáng)激發(fā)下，得到一幅光致發(fā)光影像，采用S1-CXD照相機(jī)就需要5 - 10分鐘的曝光時(shí)間。因此，如何使S1-CXD照相機(jī)快速獲取清晰的硅片或電池產(chǎn)生的1150 nm的光譜的光致發(fā)光影像是目前所需克服的難題。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種快速獲取硅片光致發(fā)光影像的S1-CXD照相機(jī)，采用低價(jià)格的S1-CXD照相機(jī)，將S1-CXD感光元件冷卻至-20攝氏度，并在不提高入射光功率，不犧牲CCD分辨率的前提條件下，縮短S1-CCD相機(jī)的曝光時(shí)間。
[0009]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種快速獲取硅片光致發(fā)光影像的S1-CXD照相機(jī)，包括:
S1-CCD感光器件，用以拍攝光致發(fā)光影像；
電子線路板，電性連接所述S1-CCD感光器件，用以向所述S1-CCD感光器件提供電源，驅(qū)動(dòng)，數(shù)模轉(zhuǎn)換及接口電路；
帕爾帖制冷元件，設(shè)置在所述S1-CCD感光器件和電子線路板下側(cè)，用以將所述S1-CCD感光器件的溫度降低到至少低于-20攝氏度；
導(dǎo)熱的真空密封模塊，用以導(dǎo)熱和散熱，所述導(dǎo)熱的真空密封模塊的內(nèi)部真空，所述S1-CCD感光器件、所述電子線路板以及所述帕爾帖制冷元件設(shè)置在所述導(dǎo)熱的真空密封模塊的內(nèi)部，光線可透過(guò)所述導(dǎo)熱的真空密封模塊照射在所述S1-CCD感光器件上；
散熱片，設(shè)置在所述導(dǎo)熱的真空密封模塊外側(cè)，用以散發(fā)所述帕爾帖制冷元件在制冷過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量。
[0010]較佳的，導(dǎo)熱的真空密封模塊包括:
窗口密封玻璃，設(shè)置在S1-CXD感光器件上側(cè)，外部光線透過(guò)窗口密封玻璃照射在S1-CXD感光器件上；
散熱真空密封體，設(shè)置在帕爾帖制冷元件下側(cè)，并與窗口密封玻璃密封連接，窗口密封玻璃與散熱真空密封體之間真空。
[0011]較佳的，導(dǎo)熱的真空密封模塊還包括:絕緣絕熱密封圈，設(shè)置在窗口密封玻璃和散熱真空密封體之間，起密封作用。
[0012]較佳的，散熱片采用風(fēng)冷散熱或水冷散熱。
[0013]較佳的，帕爾帖制冷元件包括一片帕爾帖制冷元件或者多片帕爾帖制冷元件疊加在一起。
[0014]本發(fā)明另提供一種快速獲取硅片光致發(fā)光影像的S1-CCD照相機(jī)，采用低價(jià)格的S1-CCD感光器件，將S1-CCD感光元件冷卻至-20攝氏度，并在不提高入射光功率，不犧牲CCD分辨率的前提條件下，縮短S1-CCD照相機(jī)的曝光時(shí)間，同時(shí)對(duì)S1-CCD照相機(jī)外圍進(jìn)行去濕，防止水冷凝在S1-CXD照相機(jī)上而影響拍攝。
[0015]一種快速獲取硅片光致發(fā)光影像的S1-CXD照相機(jī)，包括:
S1-CCD感光器件，用以拍攝光致發(fā)光影像；
電子線路板，電性連接所述S1-CCD感光器件，用以向所述S1-CCD感光器件提供電源，驅(qū)動(dòng)，數(shù)模轉(zhuǎn)換及接口電路；
第一帕爾帖制冷元件，設(shè)置在所述S1-CCD感光器件和電子線路板下側(cè)，用以將所述S1-CXD感光器件的溫度降低到至少低于-20攝氏度；
導(dǎo)熱的真空密封模塊，用以導(dǎo)熱和散熱，所述導(dǎo)熱的真空密封模塊的內(nèi)部真空，所述S1-CCD感光器件、所述電子線路板以及所述第一帕爾帖制冷元件設(shè)置在所述導(dǎo)熱的真空密封模塊的內(nèi)部，光線可透過(guò)所述導(dǎo)熱的真空密封模塊照射在所述S1-CCD感光器件上；
冷凝去濕塊，設(shè)置在所述導(dǎo)熱的真空密封模塊下方，用以冷凝空氣中的水分，起去濕作用；
導(dǎo)熱絕緣層，設(shè)置在所述冷凝去濕塊與所述導(dǎo)熱的真空密封模塊之間，用以導(dǎo)熱和絕緣；
第二帕爾帖制冷元件，設(shè)置在所述冷凝去濕塊下側(cè)，用以維持所述冷凝去濕塊在一預(yù)設(shè)溫度，以增加去濕效果；
空氣加熱器，設(shè)置在所述第二帕爾帖制冷元件下側(cè)，用以加熱經(jīng)冷凝去濕后的空氣；
真空風(fēng)扇，用以將未經(jīng)冷凝去濕的空氣送入所述冷凝去濕塊，將冷凝去濕后的空氣送入S1-CXD感光器件周圍，形成循環(huán)。
[0016]較佳的，導(dǎo)熱的真空密封模塊包括:
窗口密封玻璃，設(shè)置在S1-CXD感光器件上側(cè)，外部光線透過(guò)窗口密封玻璃照射在S1-CXD感光器件上；
散熱真空密封體，設(shè)置在帕爾帖制冷元件下側(cè)，并與窗口密封玻璃密封連接，窗口密封玻璃與散熱真空密封體之間真空。
[0017]較佳的，導(dǎo)熱的真空密封模塊還包括:絕緣絕熱密封圈，設(shè)置在窗口密封玻璃和散熱真空密封體之間，起密封作用。
[0018]較佳的，第一帕爾帖制冷元件或第二帕爾帖制冷元件包括一片帕爾帖制冷元件或者多片帕爾帖制冷元件疊加在一起。
[0019]本發(fā)明還提供一種快速獲取硅片光致發(fā)光影像的方法，采用低價(jià)格的S1-C⑶感光器件，將S1-CCD感光元件冷卻至-20攝氏度，并在不提高入射光功率，不犧牲CCD分辨率的前提條件下，縮短S1-CCD照相機(jī)的曝光時(shí)間，并可從一個(gè)時(shí)間段的電荷累積量推算出更長(zhǎng)時(shí)間段的電荷累積量。
[0020]采用上述的快速獲取硅片光致發(fā)光影像的S1-CXD照相機(jī)，執(zhí)行包括以下步驟:
51、將快速獲取硅片光致發(fā)光影像的S1-CXD感光器件降溫到至