一种原位监测半导体材料成膜和结晶的监测装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种原位监测半导体材料成膜和结晶的监测装置及使用方法，该装置将膜厚仪和旋涂仪之间通过投射光纤和反射光纤相连接，因此在旋涂过程中可以原位监测溶液态到固态的吸收光谱。该装置集成化程度高，适应性强，可以快速准确地监测旋涂过程中样品的吸收光谱变化。为相关领域研究提供了具有重要价值的表征以及检验方法。表征以及检验方法。表征以及检验方法。

【技术实现步骤摘要】
一种原位监测半导体材料成膜和结晶的监测装置及使用方法


[0001]本专利技术属于成膜
，具体涉及一种原位监测半导体材料成膜和结晶的监测装置及使用方法。

技术介绍

[0002]紫外可见吸收在科学和工程领域被广泛应来对材料进行定性、定量和结构分析。在半导体材料制备过程中，通过使用紫外可见吸收检测半导体材料的光学性质已经有几十年的历史。例如在有机电子以及其它光电领域，紫外可见吸收在提高器件性能方面提供了相应的解决方案。原位紫外可见吸收可以在半导体材料制备过程中作为一个实时监控工具，将为系统性的探究薄膜成膜动力学提供技术辅助。迄今为止大多数性能最好的光电器件是基于旋涂技术制备的薄膜器件，旋涂和退火过程中的转化过程包括湿膜变薄、溶剂蒸发引起过饱和、晶体成核和长大，所有这些步骤都会影响最终薄膜的性质，包括晶体结构、形貌、电学、光学性质。但是原位紫外
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可见吸收技术需要将光路通过测试样品，这就很难与目前商业旋涂仪兼容。因此，目前大多数紫外
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可见吸收光谱研究历来都是在旋涂前的溶液或旋涂后的薄膜上进行的。原位紫外
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可见吸收已经成功地在非旋转的样品上得到实现，无论是在显微镜载玻片表面，还是在试管或毛细管内，都可以监测半导体材料在聚合、还原和掺杂过程中不同化学物质和相的动力学和变化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种半导体材料成膜过程的监测装置及方法，以解决现有技术中原位紫外
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可见吸收光谱设备上无法旋转样品的问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]一种原位监测半导体材料成膜和结晶的监测装置，包括旋涂仪和膜厚仪，所述旋涂仪和膜厚仪之间透过透射光纤和反射光纤连接；
[0006]所述旋涂仪包括样品架，样品架上设置有旋转移动头，旋转移动头的前端设置有透镜，透镜和投射光纤连接；所述样品架上设置有用于放置样品的托盘，反射光纤在托盘的下方；所述托盘上放置有基底。
[0007]一种上述监测装置的使用方法，用于测量膜厚，包括以下步骤：
[0008]步骤1，将透射光纤连接至膜厚仪中反射路径的光纤，选择FILM测试软件；
[0009]步骤2，输入待测样品的基底材料类型及反射率、薄膜材料类型及反射率；
[0010]步骤3，根据基底材料类型和薄膜材料类型选择膜厚仪测量的测量参数；
[0011]步骤4，基底放置在托盘上，点击膜厚仪的连续测量操作，同时旋涂仪开始旋涂，测量过程中每隔设定时间采集依次反射光谱，当由反射光谱获得实际测量曲线和拟合曲线一致时，获得原位膜厚数据。
[0012]本专利技术的进一步改进在于：
[0013]优选的，步骤1中，膜厚仪使用前光源进行预热；步骤2中，根据待测样品从下到上
的材料顺序选择测试方法。
[0014]优选的，步骤2中，所述测量参数包括波段范围、拟合方法和误差指数；所述测量波段范围为300
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1200nm，拟合方法为傅里叶拟合。
[0015]优选的，步骤4中，测量过程中所述设定时间为0.3s，所述测量曲线的横坐标为波长，纵坐标为反射率。
[0016]优选的，步骤4中，保存每一个原位膜厚数据为txt格式，分析并实时检测数据。
[0017]一种上述监测装置的使用方法，用于测量原位紫外吸收光谱，包括以下步骤：
[0018]步骤1，将透射光纤连接至膜厚仪中透射模式的光纤，确定测试软件；
[0019]步骤2，选择膜厚仪中透射模式；
[0020]步骤3，基底放置在托盘上，点击膜厚仪的连续测量操作，同时旋涂仪开始旋涂，测量过程中每隔设定时间采集依次透射光谱，当由反射光谱获得实际测量曲线和拟合曲线一致时，获得原位紫外吸收数据。
[0021]优选的，步骤1中，膜厚仪使用前光源进行预热，所述测试软件中为FILM测试软件。
[0022]优选的，步骤3中，设定时间为0.3s，所述测量曲线的横坐标为波长，纵坐标为透射率。
[0023]优选的，步骤4中，保存每一个原位膜厚数据为txt格式，分析并实时检测数据。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术公开了一种原位监测半导体材料成膜和结晶的监测装置，该装置将膜厚仪和旋涂仪之间通过投射光纤和反射光纤相连接，因此在旋涂过程中可以原位监测溶液态到固态的吸收光谱。该装置集成化程度高，适应性强，可以快速准确地监测旋涂过程中样品的吸收光谱变化。为相关领域研究提供了具有重要价值的表征以及检验方法。该装置是一种可行的原位监测半导体材料旋涂过程中的紫外
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可见吸收的实验装置，从而实现原位紫外
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可见吸收光谱在旋转样品上的应用。这就为材料光学性质提供了一个实时监测探针，捕捉在旋涂和退火中的动态过程，从而有助于揭示在不同实验操作下的不同时间尺度的动态图。。本专利技术通过集合光谱与旋涂仪等装置，实现了原位监测半导体材料旋涂过程中的紫外
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可见吸收光谱，该装置集成化程度高，测试方便可靠，克服了传统原位监测紫外
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可见吸收光谱只能在非旋转样品上应用的局限性，为相关领域研究提供了具有重要价值的表征以及检验方法。
[0026]本专利技术还公开了一种监测装置的使用方法，具体的为能够监测薄膜形成过程中薄膜厚度的变化，由于入射光透过不同物质的界面时将会有部分的光被反射，由于光的波动性导致从多个界面的反射光彼此干涉，从而使反射光的多波长光谱产生震荡的现象。从光谱的震动频率，可以判断不同界面的距离从而得到材料的厚度。
[0027]本专利技术还公开了一种监测装置的使用方法，具体的为能够原位监测薄膜形成过程中紫外可见吸收光谱。紫外可见吸收光谱是由于分子(或离子)吸收紫外或者可见光(通常200
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800nm)后发生价电子的跃迁所引起的。由于电子间能级跃迁的同时总是伴随着振动和转动能级间的跃迁，因此紫外可见光谱呈现宽谱带。紫外可见吸收光谱的横坐标为波长(nm)，纵坐标为吸光度。该方法可以测得样品透过值T，利用公式A＝
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lgT％换算成吸光度A后得到紫外可见吸收光谱，该方法能够连续的监测过程的紫外可见光吸收光谱的变化。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实例中所述装置的结构示意立体图；
[0029]图2为本专利技术实例中旋涂仪集成装置内部结构立体图；
[0030]图3为本专利技术实例中膜厚仪旋转移动头与样品架细节图；
[0031]图4为装置的整体结构示意平面图；
[0032]图5为旋涂仪的内部结构平面图；
[0033]图6为IDTBT在CF溶剂原位UV
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vis光谱；
[0034]图7为DPP
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TVT在CF溶剂中原位膜厚变化图。
[0035]其中，1
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透射光纤；2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位监测半导体材料成膜和结晶的监测装置，其特征在于，包括旋涂仪(3)和膜厚仪(4)，所述旋涂仪(3)和膜厚仪(4)之间透过透射光纤(1)和反射光纤(2)连接；所述旋涂仪(3)包括样品架(13)，样品架(13)上设置有旋转移动头(12)，旋转移动头(12)的前端设置有透镜(11)，透镜(11)和投射光纤(1)连接；所述样品架(13)上设置有用于放置样品的托盘(7)，反射光纤(2)在托盘(7)的下方；所述托盘(7)上放置有基底。2.一种权利要求1所述监测装置的使用方法，其特征在于，用于测量膜厚，包括以下步骤：步骤1，将透射光纤(1)连接至膜厚仪(4)中反射路径的光纤，选择FILM测试软件；步骤2，输入待测样品的基底材料类型及反射率、薄膜材料类型及反射率；步骤3，根据基底材料类型和薄膜材料类型选择膜厚仪(4)测量的测量参数；步骤4，基底放置在托盘(7)上，点击膜厚仪(4)的连续测量操作，同时旋涂仪(3)开始旋涂，测量过程中每隔设定时间采集依次反射光谱，当由反射光谱获得实际测量曲线和拟合曲线一致时，获得原位膜厚数据。3.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于，步骤1中，膜厚仪(4)使用前光源进行预热；步骤2中，根据待测样品从下到上的材料顺序选择测试方法。4.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于，步骤2中，所述测量参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵奎，刘冬乐，常晓明，吴垠，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：