深紫外光调制反射光谱仪及其应用制造技术

本公开提供一种深紫外光调制反射光谱仪，包括：激光泵浦模块，至少包括第一激光器；探照光模块，沿光路方向依次包括宽谱光源、入射单色仪、探照光斩波器；真空样品腔模块，沿泵浦光路方向依次包括第一激光器入射窗口、泵浦光斩波器、透镜组、待测样品，沿探照光路方向依次包括探照光入射窗口、第一平面反射镜、第一抛物面反射镜、待测样品、第二抛物面反射镜、第二平面反射镜、反射光出射窗口；信号采集模块，沿光路方向依次包括出射单色仪、探测器、锁相放大器和信号处理装置，用于采集反射光信号并进行分析处理。本公开的光调制反射光谱仪适用于深紫外波段，可广泛用于超宽禁带半导体材料的电子能带结构研究。子能带结构研究。子能带结构研究。

【技术实现步骤摘要】
深紫外光调制反射光谱仪及其应用


[0001]本公开涉及光谱检测
，具体涉及一种深紫外光调制反射光谱仪及其应用。

技术介绍

[0002]以氧化镓和金刚石为代表的超宽禁带半导体因其更高的禁带宽度、热导率以及材料稳定性，在新一代深紫外光电器件、高压大功率电子器件、量子通信和极端环境等重要领域具有显著的优势和巨大的应用前景。对超宽禁带半导体的能带结构和物性研究将对于探索其应用发展方向提供有益参考。在光谱分析
，光调制反射光谱技术对样品无损且无特殊制备要求，并具有较高的灵敏度和分辨率的优势，在电子能带结构研究、结构成分测定、生长加工及器件结构制造过程中的原位实时监测中有均有着广泛应用。光调制反射光谱技术是通过周期性地改变泵浦光源对样品的照射来测量材料表面反射率相对变化的一种光谱分析技术。因泵浦激光调制导致的反射信号强度改变只在能带结构中的联合态密度奇异点附近才最有效地显示出来，抑制了布里渊区中其它广延区域的贡献，光调制反射光谱技术被应用于研究半导体材料中带间跃迁、表面电场、合金组分、缺陷能级等参数特性。在光调制反射光谱仪中，提供泵浦调制的激光源的能量往往需要大于所研究材料的禁带宽度，以激发电子空穴对来影响其内建电场，实现对材料介电函数的调制以及反射率的变化。常规的可见光激光器和紫外激光器不能满足超宽禁带半导体材料电子能带结构研究的要求。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]针对上述问题，本公开提供了一种深紫外光调制反射光谱仪及其应用，用于解决传统的光调制反射光谱仪难以实现对超宽禁带半导体的光调制反射光谱检测。
[0005](二)技术方案
[0006]本公开一方面提供了一种深紫外光调制反射光谱仪，包括：激光泵浦模块，至少包括输出波长在深紫外波段的第一激光器；探照光模块，沿光路方向依次包括宽谱光源、入射单色仪、探照光斩波器，用于发出探照光；真空样品腔模块，沿泵浦光路方向依次包括第一激光器入射窗口、泵浦光斩波器、透镜组、待测样品，沿探照光路方向依次包括探照光入射窗口、第一平面反射镜、第一抛物面反射镜、待测样品、第二抛物面反射镜、第二平面反射镜、反射光出射窗口，用于将激光泵浦模块的激光、探照光传输至待测样品上，并将待测样品表面的反射光信号输出；信号采集模块，沿光路方向依次包括出射单色仪、探测器、锁相放大器和信号处理装置，用于采集反射光信号并进行分析处理。
[0007]进一步地，激光泵浦模块还包括：第二激光器和第二反射镜；第三激光器和第三反射镜；第二反射镜在两个固定位置间进行切换，用于选择第二激光器或第三激光器作为泵浦光源，并将对应的激光传输至真空样品腔模块中。
[0008]进一步地，真空样品腔模块还包括：第一反射镜，在两个固定位置间进行切换，用于选择第一激光器、第二激光器或第三激光器作为泵浦光源，并将对应的激光传输至泵浦光斩波器中；第二激光器入射窗口，用于接收第二激光器或第三激光器输出的激光至真空样品腔模块；第四反射镜，用于将第二激光器入射窗口的激光传输至第一反射镜。
[0009]进一步地，真空样品腔模块还包括：抽气口，用于对真空样品腔模块进行抽气使之达到高真空；进气口，用于对真空样品腔模块充入气体以释放真空。
[0010]进一步地，真空样品腔模块还包括：摄像头，用于对待测样品的表面进行成像；变温样品座，设置于待测样品的下方并用于调控其温度。
[0011]进一步地，真空样品腔模块中光学元件的工作波长范围为180nm～1100nm；宽谱光源输出的波长范围为180nm～1100nm。
[0012]进一步地，入射单色仪、出射单色仪为光栅光谱仪；入射单色仪、出射单色仪中的光学元件的工作波长范围为180nm～1100nm；入射单色仪、出射单色仪的入口狭缝和出口狭缝的宽度可调。
[0013]进一步地，第一激光器与真空样品腔模块之间密封连接。
[0014]进一步地，锁相放大器包含2个输入通道，可用于接收来自泵浦光斩波器的斩波频率f2和/或来自探照光斩波器的斩波频率f1的输入作为参考信号。
[0015]本公开另一方面提供了一种根据前述深紫外光调制反射光谱仪的用途，深紫外光调制反射光谱仪用于对超宽禁带半导体进行反射光谱、双调制模式的光调制反射光谱、单调制模式的光调制反射光谱以及荧光光谱的检测。
[0016](三)有益效果
[0017]本公开提供的深紫外光调制反射光谱仪及其应用，通过采用深紫外波段的第一激光器作为泵浦光源、采用深紫外波段的光学元件和对真空样品腔的设计，使得光调制反射光谱仪的适用范围扩展到深紫外波段，可广泛用于超宽禁带半导体材料的电子能带结构研究，同时也可用于其他半导体材料在深紫外能量范围内的高阶临界点探测以及相应的物理性质研究；通过多个激光器和反射镜等组件的配合，使得在本公开的同一设备内即可实现反射光谱、双调制模式的光调制反射光谱、单调制模式的光调制反射光谱和荧光光谱测试间的切换，综合多种分析方法对样品进行原位测量，获得半导体材料能带结构的更多信息。
附图说明
[0018]图1示意性示出了根据本公开实施例中深紫外光调制反射光谱仪的结构示意图；
[0019]图2示意性示出了根据本公开实施例中深紫外光调制反射光谱仪测得的GaAs体材料在检测范围为180nm至1100nm内的反射光谱；
[0020]图3示意性示出了根据本公开实施例中深紫外光调制反射光谱仪测得的GaAs体材料在检测范围为200nm至1000nm内的177nm激光泵浦的光调制反射光谱；
[0021]图4示意性示出了根据本公开实施例中深紫外光调制反射光谱仪在温度为295K和8.7K下测得的GaAs体材料在177nm激光泵浦的光调制反射光谱；
[0022]图5示意性示出了根据本公开实施例中深紫外光调制反射光谱仪测得的GaAs体材料在检测范围为600nm至1000nm内的532nm激光泵浦下的荧光光谱(a)、单调制模式的光调制反射光谱(b)和双调制模式的光调制反射光谱(c)；
[0023]附图标记说明：
[0024]1‑
激光泵浦模块；2
‑
探照光模块；3
‑
真空样品腔模块；4
‑
信号采集模块；101
‑
第一激光器；102
‑
第二激光器；103
‑
第三激光器；104
‑
第二反射镜；105
‑
第三反射镜；201
‑
探照光源；202
‑
入射单色仪；203
‑
探照光斩波器；301
‑
第一激光器入射窗口；302
‑
第二及第三激光器入射窗口；303
‑
探照光入射窗口；304
‑
第一平面反射镜；305
‑
第一抛物面反射镜；306
‑
第二抛物面反射镜；307
‑
第二平面反射镜；30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深紫外光调制反射光谱仪，其特征在于，包括：激光泵浦模块(1)，至少包括输出波长在深紫外波段的第一激光器(101)；探照光模块(2)，沿光路方向依次包括宽谱光源(201)、入射单色仪(202)、探照光斩波器(203)，用于发出探照光；真空样品腔模块(3)，沿泵浦光路方向依次包括第一激光器入射窗口(301)、泵浦光斩波器(315)、透镜组(312)、待测样品(309)，沿探照光路方向依次包括探照光入射窗口(303)、第一平面反射镜(304)、第一抛物面反射镜(305)、所述待测样品(309)、第二抛物面反射镜(306)、第二平面反射镜(307)、反射光出射窗口(308)，用于将所述激光泵浦模块(1)的激光、所述探照光传输至所述待测样品(309)上，并将所述待测样品(309)表面的反射光信号输出；信号采集模块(4)，沿光路方向依次包括出射单色仪(401)、探测器(402)、锁相放大器(403)和信号处理装置(404)，用于采集所述反射光信号并进行分析处理。2.根据权利要求1所述的深紫外光调制反射光谱仪，其特征在于，所述激光泵浦模块(1)还包括：第二激光器(102)和第二反射镜(104)；第三激光器(103)和第三反射镜(105)；所述第二反射镜(104)在两个固定位置间进行切换，用于选择所述第二激光器(102)或第三激光器(103)作为泵浦光源，并将对应的激光传输至所述真空样品腔模块(3)中。3.根据权利要求2所述的深紫外光调制反射光谱仪，其特征在于，所述真空样品腔模块(3)还包括：第一反射镜(314)，在两个固定位置间进行切换，用于选择所述第一激光器(101)、第二激光器(102)或第三激光器(103)作为泵浦光源，并将对应的激光传输至所述泵浦光斩波器(315)中；第二及第三激光器入射窗口(302)，用于接收所述第二激光器(102)或第三激光器(103)输出的激光至所述真空样品腔模块(3)；第四反射镜(...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭平恒，刘雪璐，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：