半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置及测量方法，测量方法包括：关闭狭缝，利用扫描开尔文探针显微镜测试无光条件下导电针尖上的接触电势差NLCPD；开启狭缝，利用扫描开尔文探针显微镜测试在当前发光波长下的导电针尖上的接触电势差LCPD；多次改变发光的波长值，分别测量对应的NLCPD和LCPD，得出无光条件下接触电势差随波长变化的关系曲线NLCPD(λ)和加光条件下接触电势差随波长变化的曲线LCPD(λ)；根据DCPD(λ)＝LCPD(λ)‑NLCPD(λ)得到差值随波长变化的曲线DCPD(λ)；计算当前偏振角度激发光的吸收系数α；改变激发光的偏振角度，计算对应偏振角度下的吸收系数，即得各向异性吸收系数。本发明专利技术使测量吸收系数的空间分辨率大大提高，实现了纳米尺度光吸收系数各向异性的测量。

Measurement device and method for anisotropic absorption coefficient of semiconductor materials at nanoscale

【技术实现步骤摘要】
半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置及方法
本专利技术涉及半导体材料的光吸收系数的测量，尤其涉及一种半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置及方法。
技术介绍
在光学测试中，介质中的光强度通过下面的经验关系表征：I＝I0exp(-αd)，这里α是介质的吸收系数，d是距介质表面的距离，I0是介质表面的光强度，I是距离介质表面d时的光强度。吸收系数α是指光通过介质时光强度衰减的量度。对于各向同性的介质，光通过介质时光学响应是固定的，不会随着光偏振角度的变化而变化。但是对于各向异性的介质，光学响应随光偏振角度的变化而变化，从而使吸收系数α呈现各向异性，这就是我们所说的吸收系数的各向异性。对于半导体材料而言，光吸收系数是一个非常重要的物理量。一般测试光吸收系数的方法是通过采用分光光度计、椭偏仪等进行测量的方法，通过这些方法所测得的都是在毫米范围内相对宏观的测量值。由于材料本身存在的各向异性或者生长过程中缺陷造成的应力场的不同，使得半导体材料在微区存在着各向异性。这种微区一般是纳米尺度上的，传统的测试方法很难表征纳米尺度上的光吸收系数。然而，尺寸越来越小是目前半导体器件的发展趋势，所以材料的纳米尺度的微区性质就对器件性能有很大的影响。要想研究半导体材料的纳米尺度微区性质，这就对测试的空间分辨率有了更高的要求。因此，目前尚没有可用于研究半导体材料纳米尺度的各向异性吸收系数的测量设备及方法。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置及测试方法，可以方便地实现半导体材料纳米尺度的各向异性吸收系数的测量。为了实现上述的目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置，包括：光源组件，用于产生激发光；狭缝，用于控制激发光的开启与关闭；物镜，用于放大样品表面的视野；样品台，用于承载样品；导电针尖，与所述样品台可相对移动地设置，用于逼近所述样品台上的样品的表面并与样品间隔设置，以测试样品的形貌与接触电势差；以及扫描开尔文探针显微镜，连接所述导电针尖，用于测试在无光时的所述导电针尖上的接触电势差NLCPD与加光时的所述导电针尖上的接触电势差LCPD的差值DCPD。作为其中一种实施方式，所述光源组件包括光源、单色仪和起偏装置，所述单色仪用于接收所述光源发出的光而产生连续波长的单色光，所述起偏装置用于接收所述单色仪发出的单色光而产生线性偏振光。作为其中一种实施方式，所述半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置还包括接地的接地组件；所述接地组件用于与样品导通，且所述接地组件与所述样品台导通；所述样品台与地导通。作为其中一种实施方式，所述样品台可移动地设置，用于移动样品至所述导电针尖的测试区域。作为其中一种实施方式，所述半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置还包括光功率计和温度计，所述光功率计、所述温度计分别用于测量入射到样品材料内的光子流密度p0和样品所处的温度T；吸收系数α通过下式获得：其中，λ为激发光的波长，L为样品的扩散长度，R0为样品的表面复合速率，p0为入射到样品材料内的光子流密度，k为玻耳兹曼常数，T为温度。本专利技术的另一目的在于提供一种半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量方法，包括如下步骤：S01、开启光源组件，以发出某一发光波长的单色激发光；S02、关闭狭缝，利用扫描开尔文探针显微镜测试无光条件下的导电针尖上的接触电势差NLCPD；S03、开启狭缝，利用扫描开尔文探针显微镜测试在当前发光波长下的导电针尖上的接触电势差LCPD；S04、多次改变光源组件发光的波长值，分别测量对应的接触电势差NLCPD和接触电势差LCPD，得出接触电势差NLCPD随波长变化的关系曲线NLCPD(λ)和接触电势差LCPD随波长变化的曲线LCPD(λ)；S05、根据DCPD(λ)＝LCPD(λ)-NLCPD(λ)得到差值DCPD随波长变化的曲线DCPD(λ)；S06、计算当前偏振角度的激发光的吸收系数α：其中，λ为激发光的波长，L为样品的扩散长度，R0为样品的表面复合速率，p0为入射到样品材料内的光子流密度，k为玻耳兹曼常数，T为温度；S07、改变激发光的偏振角度，计算对应偏振角度下的吸收系数，即得各向异性吸收系数。作为其中一种实施方式，所述步骤S01前还包括：S002、移动样品台，在大致测试区域使导电针尖逼近样品表面，利用扫描开尔文探针显微镜测试样品表面形貌，根据形貌将导电针尖放置在目标位置。作为其中一种实施方式，所述步骤S01前还包括：S001、将样品放置在样品台上，并将样品接地。作为其中一种实施方式，所述光源组件包括光源、单色仪和起偏装置，所述单色仪用于接收所述光源发出的光而产生连续波长的单色光，所述起偏装置用于接收所述单色仪发出的单色光而产生线性偏振光；在所述步骤S07中，所述起偏装置产生的线性偏振光的偏振角度被改变。本专利技术的半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量方法依托于扫描开尔文探针显微镜，使测量吸收系数的空间分辨率大大提高，达到纳米尺度，由于结合了偏振光激发，因此实现了纳米尺度光吸收系数的各向异性的测量。附图说明图1为本专利技术实施例1的半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例2的半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量方法的流程框图；图3为本专利技术实施例2的扫描开尔文探针显微镜在无光时导电针尖上的接触电势差NLCPD与有光时的导电针尖上的接触电势差LCPD的差值DCPD随着光激发波长和光偏振角度变化的曲线；图4为本专利技术实施例2的扫描开尔文探针显微镜的导电针尖上的接触电势差的差值DCPD随着光激发波长和光偏振角度变化的曲线；图5为本专利技术实施例2的吸收系数α随着光激发波长和光偏振角度变化的曲线。图中标号说明如下：1-样品；10-光源组件；11-光源；12-单色仪；13-起偏装置；20-狭缝；30-物镜；40-样品台；50-导电针尖；60-扫描开尔文探针显微镜；70-接地组件。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1参阅图1，本实施例提供了一种半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置，包括光源组件10、狭缝20、物镜30、样品台40、导电针尖50以及扫描开尔文探针显微镜60，其中，光源组件10用于产生激发光，狭缝20用于控制激发光的开启与关闭，物镜30用于放大样品1表面的视野，样品台40用于承载样品1，导电针尖50与样品台40可相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置，其特征在于，包括：/n光源组件(10)，用于产生激发光；/n狭缝(20)，用于控制激发光的开启与关闭；/n物镜(30)，用于放大样品(1)表面的视野；/n样品台(40)，用于承载样品(1)；/n导电针尖(50)，与所述样品台(40)可相对移动地设置，用于逼近所述样品台(40)上的样品(1)的表面并与样品(1)间隔设置，以测试样品(1)的形貌与接触电势差；以及/n扫描开尔文探针显微镜(60)，连接所述导电针尖(50)，用于测试在无光时的所述导电针尖(50)上的接触电势差NLCPD与加光时的所述导电针尖(50)上的接触电势差LCPD的差值DCPD。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置，其特征在于，包括：
光源组件(10)，用于产生激发光；
狭缝(20)，用于控制激发光的开启与关闭；
物镜(30)，用于放大样品(1)表面的视野；
样品台(40)，用于承载样品(1)；
导电针尖(50)，与所述样品台(40)可相对移动地设置，用于逼近所述样品台(40)上的样品(1)的表面并与样品(1)间隔设置，以测试样品(1)的形貌与接触电势差；以及
扫描开尔文探针显微镜(60)，连接所述导电针尖(50)，用于测试在无光时的所述导电针尖(50)上的接触电势差NLCPD与加光时的所述导电针尖(50)上的接触电势差LCPD的差值DCPD。


2.根据权利要求1所述的半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置，其特征在于，所述光源组件(10)包括光源(11)、单色仪(12)和起偏装置(13)，所述单色仪(12)用于接收所述光源(11)发出的光而产生连续波长的单色光，所述起偏装置(13)用于接收所述单色仪(12)发出的单色光而产生线性偏振光。


3.根据权利要求1所述的半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置，其特征在于，还包括接地的接地组件(70)；所述接地组件(70)用于与样品(1)导通，且所述接地组件(70)与所述样品台(40)导通；所述样品台(40)与地导通。


4.根据权利要求1所述的半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置，其特征在于，所述样品台(40)可移动地设置，用于移动样品(1)至所述导电针尖(50)的测试区域。


5.根据权利要求1～4任一所述的半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量装置，其特征在于，还包括光功率计和温度计，所述光功率计、所述温度计分别用于测量入射到样品材料内的光子流密度p0和样品所处的温度T；吸收系数α通过下式获得：



其中，λ为激发光的波长，L为样品的扩散长度，R0为样品的表面复合速率，p0为入射到样品材料内的光子流密度，k为玻耳兹曼常数，T为温度。


6.一种半导体材料纳米尺度各向异性吸收系数的测量方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚坤，刘争晖，徐耿钊，宋文涛，张春玉，徐科蓓，徐科，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32