一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置及检测方法，检测装置的不同之处在于：其包括光发射系统、光分离收集系统和检测系统；光发射系统包括能聚焦至半导体样品表面同一位置的脉冲激光光源和连续激光光源，连续激光光源能聚焦至半导体样品表面以使半导体样品的缺陷电子态饱和，连续激光光源的光子能量可调且其光子能量与半导体样品内的任一深能级缺陷能级与价带的能量间隔相同，脉冲激光光源能聚焦至半导体样品表面以激发半导体样品的光致发光；光分离收集系统用于分离并收集光致发光信号；检测系统用于检测光分离收集系统收集的光致发光信号的荧光寿命。本发明专利技术能有效检测半导体缺陷对荧光寿命影响，使用方便。便。便。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及半导体材料缺陷检测技术，尤其是一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]时间分辨光致发光光谱能用于检测半导体材料的光致发光荧光寿命，并以此作为估计半导体内少数载流子寿命的依据，然而此方法只能检测材料整体的载流子寿命，无法获得半导体材料不同能级缺陷对荧光寿命的影响。
[0003]为了能够检测半导体材料内不同能级缺陷对材料光致发光荧光寿命的影响及贡献，本专利技术提出了一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置及检测方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，能有效检测半导体缺陷对荧光寿命影响，使用方便。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其不同之处在于：其包括光发射系统、光分离收集系统和检测系统；所述光发射系统包括能聚焦至半导体样品表面同一位置的脉冲激光光源和连续激光光源，所述连续激光光源能聚焦至所述半导体样品表面以使半导体样品的缺陷电子态饱和，所述连续激光光源的光子能量可调且其光子能量与所述半导体样品内的任一深能级缺陷能级与价带的能量间隔相同，所述脉冲激光光源能聚焦至所述半导体样品表面以激发所述半导体样品的光致发光；所述光分离收集系统用于分离并收集所述半导体样品的光致发光信号；所述检测系统用于检测所述光分离收集系统收集的光致发光信号的荧光寿命。
>[0006]按以上技术方案，所述脉冲激光光源的波长范围为300nm
‑
2000nm，光谱半高宽范围为0.01nm
‑
10nm，且光子能量大于所述半导体样品的禁带宽度。
[0007]按以上技术方案，所述连续激光光源的波长范围为300nm
‑
2000nm，光谱半高宽范围为0.01nm
‑
10nm，且光子能量小于所述半导体样品的禁带宽度。
[0008]按以上技术方案，所述光发射系统还包括第一反射镜、激光合束器、分束镜和第一透镜，所述脉冲激光光源依次经过所述激光合束器、分束镜和第一透镜后聚焦至所述半导体样品表面；所述连续激光光源依次经过所述第一反射镜、激光合束器、分束镜和第一透镜后聚焦至所述半导体样品表面，在所述激光合束器的作用下，所述脉冲激光光源与连续激光光源聚焦在所述半导体样品表面的同一位置。
[0009]按以上技术方案，所述光分离收集系统包括所述分束镜和第一透镜及依次设置的第一滤光片、第二滤光片、第二反射镜、第二透镜和单色仪；所述光致发光信号依次经过所述第一透镜、分束镜、第一滤光片、第二滤光片、第二反射镜和第二透镜后进入所述单色仪的入射狭缝内；所述第一滤光片用于滤掉所述脉冲激光光源的光谱；所述第二滤光片用于滤掉所述连续激光光源的光谱；所述第二透镜用于聚焦收集的光致发光信号至所述单色仪
的入射狭缝内；所述单色仪用于扫描波长范围收集的光致发光信号。
[0010]按以上技术方案，所述检测系统包括光电探测器和时间相关单光子探测器，所述光电探测器用于探测所述单色仪的出射狭缝出射的光致发光信号，所述光电探测器的输出和所述时间相关单光子探测器连接，所述时间相关单光子探测器用于检测所述光致发光信号的荧光寿命。
[0011]按以上技术方案，所述装置还包括计算机，所述计算机与所述时间相关单光子探测器相连。
[0012]按以上技术方案，所述装置还包括用于控制所述脉冲激光光源的脉冲激光光源控制电源。
[0013]按以上技术方案，所述脉冲激光光源控制电源能控制激光频率在100Hz
‑
1MHz范围内，时间脉宽在1ps
‑
10s范围内。
[0014]对比现有技术，本专利技术的有益特点为：该半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，脉冲激光光源用于激发半导体样品产生光致发光，连续激光光源光能量与半导体禁带宽度内某一深能级缺陷的能级位置对应，用于饱和该能级的深能级缺陷的电子态，通过对比缺陷的电子态饱和时光致发光荧光寿命与未饱和时光致发光荧光寿命，来检测该缺陷对荧光寿命或载流子寿命的影响，能检测半导体材料不同能级缺陷对荧光寿命的影响，使用方便。
[0015]本专利技术还提供了基于上述任一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置的检测方法，其不同之处在于，其包括以下步骤：
[0016]步骤a)、脉冲激光光源聚焦至半导体样品表面，以激发所述半导体样品的光致发光，形成第一光致发光信号；
[0017]步骤b)、光分离收集系统分离收集所述第一光致发光信号，然后检测系统检测所述光分离收集系统收集的所述第一光致发光信号的荧光寿命t1；
[0018]步骤c)、脉冲激光光源和连续激光光源同时聚焦至半导体样品表面的同一位置，以使所述半导体样品的深能级缺陷电子态饱和，同时激发所述半导体样品的光致发光，形成第二光致发光信号；
[0019]步骤d)、光分离收集系统分离收集所述第二光致发光信号，然后检测系统检测所述光分离收集系统收集的所述第二光致发光信号的荧光寿命t2；
[0020]步骤e)、对比步骤b)所测的所述荧光寿命t1和步骤d)所测的所述荧光寿命t2；如果所述荧光寿命t2大于所述荧光寿命t1，则所述半导体样品内与所述连续激光光源光能量对应的深能级缺陷为有效的载流子复合中心，所述荧光寿命t2与所述荧光寿命t1之差即为与所述连续激光光源光能量对应的缺陷对荧光寿命的影响。
[0021]对比现有技术，本专利技术的有益特点为：该半导体缺陷对荧光寿命影响的检测方法，脉冲激光光源用于激发半导体样品产生光致发光，连续激光光源光能量与半导体禁带宽度内某一深能级缺陷的能级位置对应，用于饱和深能级缺陷的电子态，通过对比缺陷的电子态饱和时光致发光荧光寿命与未饱和时光致发光荧光寿命，来检测缺陷对荧光寿命或载流子寿命的影响，能检测半导体材料不同能级缺陷对荧光寿命的影响，使用方便。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置的结构组成示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中半导体缺陷对荧光寿命影响的检测原理图；
[0024]图3为本专利技术实施例中测量的脉冲激光光源激发CIGS导致的光致发光光谱与脉冲激光光源和连续激光光源同时激发CIGS导致的光致发光光谱对比图；
[0025]其中：1
‑
脉冲激光光源、2
‑
脉冲激光光源控制电源、3
‑
连续激光光源、4
‑
半导体样品、5
‑
第一透镜、6
‑
分束镜、7
‑
第一反射镜、8
‑
激光合束器、9
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第一滤光片、10
‑
第二滤光片、11
‑
第二反射镜、12
‑
第二透镜、13
‑
单色仪、14<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：其包括光发射系统、光分离收集系统和检测系统；所述光发射系统包括能聚焦至半导体样品表面同一位置的脉冲激光光源和连续激光光源，所述连续激光光源能聚焦至半导体样品表面以使半导体样品的缺陷电子态饱和，所述连续激光光源的光子能量可调且其光子能量与所述半导体样品内的任一深能级缺陷能级与价带的能量间隔相同，所述脉冲激光光源能聚焦至半导体样品表面以激发所述半导体样品的光致发光；所述光分离收集系统用于分离并收集所述半导体样品的光致发光信号；所述检测系统用于检测所述光分离收集系统收集的光致发光信号的荧光寿命。2.如权利要求1所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述脉冲激光光源的波长范围为300nm
‑
2000nm，光谱半高宽范围为0.01nm
‑
10nm，且光子能量大于所述半导体样品的禁带宽度。3.如权利要求1所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述连续激光光源的波长范围为300nm
‑
2000nm，光谱半高宽范围为0.01nm
‑
10nm，且光子能量小于所述半导体样品的禁带宽度。4.如权利要求1所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述光发射系统还包括第一反射镜、激光合束器、分束镜和第一透镜，所述脉冲激光光源依次经过所述激光合束器、分束镜和第一透镜后聚焦至所述半导体样品表面；所述连续激光光源依次经过所述第一反射镜、激光合束器、分束镜和第一透镜后聚焦至所述半导体样品表面，在所述激光合束器的作用下，所述脉冲激光光源与连续激光光源聚焦在所述半导体样品表面的同一位置。5.如权利要求4所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述光分离收集系统包括所述分束镜和第一透镜及依次设置的第一滤光片、第二滤光片、第二反射镜、第二透镜和单色仪；所述光致发光信号依次经过所述第一透镜、分束镜、第一滤光片、第二滤光片、第二反射镜和第二透镜后进入单色仪的入射狭缝内；所述第一滤光片用于滤掉所述脉冲激光光源的光谱；所述第二滤光片用于滤掉所述连续激光光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，徐鹏飞，罗帅，季海铭，
申请(专利权)人：江苏华兴激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：