[發(fā)明專利]快速獲取硅片光致發(fā)光影像的Si-CCD照相機及方法

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• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN104580843A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宇昶
• 申請（專利權(quán)）人: 維信科技（新加坡）有限公司
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/235
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種快速獲取硅片光致發(fā)光影像的Si-CCD照相機及其方法。

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背景技術(shù)

為了判斷硅片或電池片是否存在缺陷，常用的方法是采用CCD（Charge?Coupled?Device，電荷耦合器件）照相機拍攝硅片或電池片的光致發(fā)光影像，通過觀察其光致發(fā)光影像，可直接判斷出硅片或電池片是否存在缺陷及缺陷的位置。CCD照相機是根據(jù)光致發(fā)光效應原理來進行工作的。所謂光致發(fā)光效應是指：當指價帶的電子受到入射光子的激發(fā)后，會躍過禁帶進入導帶。如果導帶上的這些被激發(fā)的電子又躍遷回到價帶時，會以放出光子的形式來釋放能量。光致發(fā)光效應也稱熒光效應，其英文術(shù)語為：Photoluminescence，簡稱?PL。CCD照相機的工作原理如下：

首先利用激光作為激發(fā)光源，提供一定能量的入射光子，硅片中處于基態(tài)的電子在吸收這些光子后而進入激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的電子屬于亞穩(wěn)態(tài)，在短時間內(nèi)會回到基態(tài)，并發(fā)出以1150?nm的紅外光為波峰的熒光。CCD照相機即可對所述發(fā)出的熒光進行感光成像，獲取光致發(fā)光影像；

從硅片中發(fā)出光致發(fā)光效應的光的強度與本位置的非平衡少數(shù)載流子的密度成正比，而硅片中存有缺陷的地方會成為少數(shù)載流子的強復合中心，因此該區(qū)域的少數(shù)載流子密度變小導致熒光效應減弱，在圖像上表現(xiàn)出來就成為暗色的點、線，或一定的區(qū)域，而在電池片內(nèi)復合較少的區(qū)域則表現(xiàn)為比較亮的區(qū)域。因此，通過觀察光致發(fā)光成像能夠判斷硅片或電池片是否存在缺陷?。

CCD照相機的成像時間取決于CCD的種類和質(zhì)量，且CCD照相機的成像時間和進入相機的光線強度成正比。同時，CCD照相機得到的影像亮度在光線足夠的情況下是和曝光成像時間成線性（正比）關(guān)系。曝光時間越長，影像越亮。但是在光線非常微弱的情況下，影像的亮度和曝光成像時間就不一定是線性關(guān)系。

現(xiàn)有的CCD照相機包括以InGaAs（砷化銦鎵）為CCD感光器件的InGaAs-CCD照相機，以及以Si（硅）為感光元器件的Si-CCD照相機。

InGaAs-CCD照相機的優(yōu)點在于其所需的最短有效曝光時間較短，所以其獲取光致發(fā)光影像的速度較快，在等效一個太陽光強激發(fā)下，得到一幅清晰的光致發(fā)光影像，如果采用InGaAs-CCD照相機需要5?-?10?秒。但是，其缺陷在于：1、受到單個CCD合格率和性能一致性的限制，超過1K?x?1K高分辨率的InGaAs相機價格非常昂貴，因此，其不適用于大部分的使用者。2、InGaAs-CCD的本體噪聲很高，得到的PL影像有很高的背景噪聲。（依據(jù)半導體材料的物理特性，任何電子元器件都存在有本底噪聲：熱噪聲，熱噪聲的強度和溫度成正比。當微弱的光產(chǎn)生的電信號低于傳感器本身的熱噪聲時，常規(guī)的CCD就沒有辦法從較大的熱噪聲中分辨出信號。所以CCD本身的熱噪聲是限制了它對于微弱發(fā)光物體的拍攝能力。）

Si-CCD照相機的優(yōu)點在于成本相對比較便宜，且性能非常穩(wěn)定，分辨率也能達到非常高。它常用的光譜響應范圍是400nm至800nm。但是，其缺點在于：1、它對1000nm之后的光譜產(chǎn)生的感光電流非常微弱，可能低于它本身的熱噪聲，因此，對上述1150?nm的光譜獲取的光致發(fā)光影像的效果較差；2、其最短有效曝光時間較長，在等效一個太陽光強激發(fā)下，得到一幅光致發(fā)光影像，采用Si-CCD照相機就需要5?–?10?分鐘的曝光時間。因此，如何使Si-CCD照相機快速獲取清晰的硅片或電池產(chǎn)生的1150?nm的光譜的光致發(fā)光影像是目前所需克服的難題。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種快速獲取硅片光致發(fā)光影像的Si-CCD照相機，采用低價格的Si-CCD照相機，將Si-CCD感光元件冷卻至-20攝氏度，并在不提高入射光功率，不犧牲CCD分辨率的前提條件下，縮短Si-CCD相機的曝光時間。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種快速獲取硅片光致發(fā)光影像的Si-CCD照相機，包括：

Si-CCD感光器件，用以拍攝光致發(fā)光影像；

電子線路板，電性連接所述Si-CCD感光器件，用以向所述Si-CCD感光器件提供電源，驅(qū)動，數(shù)模轉(zhuǎn)換及接口電路；

帕爾帖制冷元件，設(shè)置在所述Si-CCD感光器件和電子線路板下側(cè)，用以將所述Si-CCD感光器件的溫度降低到至少低于-20攝氏度；