快速获取硅片光致发光影像的Si‑CCD照相机及方法技术

本发明专利技术公开了一种快速获取硅片光致发光影像的Si‑CCD照相机及其方法，通过帕尔帖制冷元件将Si‑CCD感光器件降温到至少低于‑20摄氏度，降低其本底噪声的强度，从而缩短了最短有效曝光时间，同时根据Si‑CCD的每个像素点亮度和曝光时间的线性关系，可以从一个时间段的电荷累积量推算出更长时间段的电荷累积量，达到快速获取光致发光影像的目的。

【技术实现步骤摘要】
快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机及方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机及其方法。
技术介绍
为了判断硅片或电池片是否存在缺陷，常用的方法是采用CCD(ChargeCoupledDevice，电荷耦合器件)照相机拍摄硅片或电池片的光致发光影像，通过观察其光致发光影像，可直接判断出硅片或电池片是否存在缺陷及缺陷的位置。CCD照相机是根据光致发光效应原理来进行工作的。所谓光致发光效应是指：当指价带的电子受到入射光子的激发后，会跃过禁带进入导带。如果导带上的这些被激发的电子又跃迁回到价带时，会以放出光子的形式来释放能量。光致发光效应也称荧光效应，其英文术语为：Photoluminescence，简称PL。CCD照相机的工作原理如下：首先利用激光作为激发光源，提供一定能量的入射光子，硅片中处于基态的电子在吸收这些光子后而进入激发态，处于激发态的电子属于亚稳态，在短时间内会回到基态，并发出以1150nm的红外光为波峰的荧光。CCD照相机即可对所述发出的荧光进行感光成像，获取光致发光影像；从硅片中发出光致发光效应的光的强度与本位置的非平衡少数载流子的密度成正比，而硅片中存有缺陷的地方会成为少数载流子的强复合中心，因此该区域的少数载流子密度变小导致荧光效应减弱，在图像上表现出来就成为暗色的点、线，或一定的区域，而在电池片内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。因此，通过观察光致发光成像能够判断硅片或电池片是否存在缺陷。CCD照相机的成像时间取决于CCD的种类和质量，且CCD照相机的成像时间和进入相机的光线强度成正比。同时，CCD照相机得到的影像亮度在光线足够的情况下是和曝光成像时间成线性(正比)关系。曝光时间越长，影像越亮。但是在光线非常微弱的情况下，影像的亮度和曝光成像时间就不一定是线性关系。现有的CCD照相机包括以InGaAs(砷化铟镓)为CCD感光器件的InGaAs-CCD照相机，以及以Si(硅)为感光元器件的Si-CCD照相机。InGaAs-CCD照相机的优点在于其所需的最短有效曝光时间较短，所以其获取光致发光影像的速度较快，在等效一个太阳光强激发下，得到一幅清晰的光致发光影像，如果采用InGaAs-CCD照相机需要5-10秒。但是，其缺陷在于：1、受到单个CCD合格率和性能一致性的限制，超过1Kx1K高分辨率的InGaAs相机价格非常昂贵，因此，其不适用于大部分的使用者。2、InGaAs-CCD的本体噪声很高，得到的PL影像有很高的背景噪声。(依据半导体材料的物理特性，任何电子元器件都存在有本底噪声：热噪声，热噪声的强度和温度成正比。当微弱的光产生的电信号低于传感器本身的热噪声时，常规的CCD就没有办法从较大的热噪声中分辨出信号。所以CCD本身的热噪声是限制了它对于微弱发光物体的拍摄能力。)Si-CCD照相机的优点在于成本相对比较便宜，且性能非常稳定，分辨率也能达到非常高。它常用的光谱响应范围是400nm至800nm。但是，其缺点在于：1、它对1000nm之后的光谱产生的感光电流非常微弱，可能低于它本身的热噪声，因此，对上述1150nm的光谱获取的光致发光影像的效果较差；2、其最短有效曝光时间较长，在等效一个太阳光强激发下，得到一幅光致发光影像，采用Si-CCD照相机就需要5–10分钟的曝光时间。因此，如何使Si-CCD照相机快速获取清晰的硅片或电池产生的1150nm的光谱的光致发光影像是目前所需克服的难题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供了一种快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机，采用低价格的Si-CCD照相机，将Si-CCD感光元件冷却至-20摄氏度，并在不提高入射光功率，不牺牲CCD分辨率的前提条件下，缩短Si-CCD相机的曝光时间。本专利技术通过以下技术方案实现：一种快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机，包括：Si-CCD感光器件，用以拍摄光致发光影像；电子线路板，电性连接所述Si-CCD感光器件，用以向所述Si-CCD感光器件提供电源，驱动，数模转换及接口电路；帕尔帖制冷元件，设置在所述Si-CCD感光器件和电子线路板下侧，用以将所述Si-CCD感光器件的温度降低到至少低于-20摄氏度；导热的真空密封模块，用以导热和散热，所述导热的真空密封模块的内部真空，所述Si-CCD感光器件、所述电子线路板以及所述帕尔帖制冷元件设置在所述导热的真空密封模块的内部，光线可透过所述导热的真空密封模块照射在所述Si-CCD感光器件上；散热片，设置在所述导热的真空密封模块外侧，用以散发所述帕尔帖制冷元件在制冷过程中所产生的热量。较佳的，导热的真空密封模块包括：窗口密封玻璃，设置在Si-CCD感光器件上侧，外部光线透过窗口密封玻璃照射在Si-CCD感光器件上；散热真空密封体，设置在帕尔帖制冷元件下侧，并与窗口密封玻璃密封连接，窗口密封玻璃与散热真空密封体之间真空。较佳的，导热的真空密封模块还包括：绝缘绝热密封圈，设置在窗口密封玻璃和散热真空密封体之间，起密封作用。较佳的，散热片采用风冷散热或水冷散热。较佳的，帕尔帖制冷元件包括一片帕尔帖制冷元件或者多片帕尔帖制冷元件叠加在一起。本专利技术另提供一种快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机，采用低价格的Si-CCD感光器件，将Si-CCD感光元件冷却至-20摄氏度，并在不提高入射光功率，不牺牲CCD分辨率的前提条件下，缩短Si-CCD照相机的曝光时间，同时对Si-CCD照相机外围进行去湿，防止水冷凝在Si-CCD照相机上而影响拍摄。一种快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机，包括：Si-CCD感光器件，用以拍摄光致发光影像；电子线路板，电性连接所述Si-CCD感光器件，用以向所述Si-CCD感光器件提供电源，驱动，数模转换及接口电路；第一帕尔帖制冷元件，设置在所述Si-CCD感光器件和电子线路板下侧，用以将所述Si-CCD感光器件的温度降低到至少低于-20摄氏度；导热的真空密封模块，用以导热和散热，所述导热的真空密封模块的内部真空，所述Si-CCD感光器件、所述电子线路板以及所述第一帕尔帖制冷元件设置在所述导热的真空密封模块的内部，光线可透过所述导热的真空密封模块照射在所述Si-CCD感光器件上；冷凝去湿块，设置在所述导热的真空密封模块下方，用以冷凝空气中的水分，起去湿作用；导热绝缘层，设置在所述冷凝去湿块与所述导热的真空密封模块之间，用以导热和绝缘；第二帕尔帖制冷元件，设置在所述冷凝去湿块下侧，用以维持所述冷凝去湿块在一预设温度，以增加去湿效果；空气加热器，设置在所述第二帕尔帖制冷元件下侧，用以加热经冷凝去湿后的空气；真空风扇，用以将未经冷凝去湿的空气送入所述冷凝去湿块，将冷凝去湿后的空气送入Si-CCD感光器件周围，形成循环。较佳的，导热的真空密封模块包括：窗口密封玻璃，设置在Si-CCD感光器件上侧，外部光线透过窗口密封玻璃照射在Si-CCD感光器件上；散热真空密封体，设置在帕尔帖制冷元件下侧，并与窗口密封玻璃密封连接构成长方体结构，窗口密封玻璃与散热真空密封体之间真空。较佳的，导热的真空密封模块还包括：绝缘绝热密封圈，设置在窗口密封玻璃和散热真空密封体之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速获取硅片光致发光影像的Si‑CCD照相机，其特征在于，包括：Si‑CCD感光器件，用以拍摄光致发光影像；电子线路板，电性连接所述Si‑CCD感光器件，用以向所述Si‑CCD感光器件提供电源，驱动，数模转换及接口电路；帕尔帖制冷元件，设置在所述Si‑CCD感光器件和电子线路板下侧，用以将所述Si‑CCD感光器件的温度降低到至少低于‑20摄氏度；导热的真空密封模块，用以导热和散热，所述导热的真空密封模块的内部真空，所述Si‑CCD感光器件、所述电子线路板以及所述帕尔帖制冷元件设置在所述导热的真空密封模块的内部，光线可透过所述导热的真空密封模块照射在所述Si‑CCD感光器件上；散热片，设置在所述导热的真空密封模块外侧，用以散发所述帕尔帖制冷元件在制冷过程中所产生的热量。

【技术特征摘要】
1.一种快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机，其特征在于，包括：Si-CCD感光器件，用以拍摄光致发光影像；电子线路板，电性连接所述Si-CCD感光器件，用以向所述Si-CCD感光器件提供电源，驱动，数模转换及接口电路；第一帕尔帖制冷元件，设置在所述Si-CCD感光器件和电子线路板下侧，用以将所述Si-CCD感光器件的温度降低到至少低于-20摄氏度；导热的真空密封模块，用以导热和散热，所述导热的真空密封模块的内部真空，所述Si-CCD感光器件、所述电子线路板以及所述第一帕尔帖制冷元件设置在所述导热的真空密封模块的内部，光线可透过所述导热的真空密封模块照射在所述Si-CCD感光器件上；冷凝去湿块，设置在所述导热的真空密封模块下方，用以冷凝空气中的水分，起去湿作用；导热绝缘层，设置在所述冷凝去湿块与所述导热的真空密封模块之间，用以导热和绝缘；第二帕尔帖制冷元件，设置在所述冷凝去湿块下侧，用以维持所述冷凝去湿块在一预设温度，以增加去湿效果；空气加热器，设置在所述第二帕尔帖制冷元件下侧，用以加热经冷凝去湿后的空气；真空风扇，用以将未经冷凝去湿的空气送入所述冷凝去湿块，将冷凝去湿后的空气送入Si-CCD感光器件周围，形成循环；所述导热的真空密封模块包括：窗口密封玻璃，设置在所述Si-CCD感光器件上侧，外部光线透过所述窗口密封玻璃照射在所述Si-CCD感光器件上；散热真空密封体，设置在所述帕尔帖制冷元件下侧，并与所述窗口密封玻璃密封连接构成长方体结构，所述窗口密封玻璃与所述散热真空密封体之间真空。2.根据权利要求1所述的快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇昶，
申请(专利权)人：维信科技新加坡有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG