[發(fā)明專利]深紫外光調(diào)制反射光譜儀及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210401244.5
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114689525B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚平恒;劉雪璐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/64
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供一種深紫外光調(diào)制反射光譜儀，包括：激光泵浦模塊，至少包括第一激光器；探照光模塊，沿光路方向依次包括寬譜光源、入射單色儀、探照光斬波器；真空樣品腔模塊，沿泵浦光路方向依次包括第一激光器入射窗口、泵浦光斬波器、透鏡組、待測樣品，沿探照光路方向依次包括探照光入射窗口、第一平面反射鏡、第一拋物面反射鏡、待測樣品、第二拋物面反射鏡、第二平面反射鏡、反射光出射窗口；信號采集模塊，沿光路方向依次包括出射單色儀、探測器、鎖相放大器和信號處理裝置，用于采集反射光信號并進(jìn)行分析處理。本公開的光調(diào)制反射光譜儀適用于深紫外波段，可廣泛用于超寬禁帶半導(dǎo)體材料的電子能帶結(jié)構(gòu)研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深紫外光調(diào)制反射光譜儀及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

以氧化鎵和金剛石為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體因其更高的禁帶寬度、熱導(dǎo)率以及材料穩(wěn)定性，在新一代深紫外光電器件、高壓大功率電子器件、量子通信和極端環(huán)境等重要領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢和巨大的應(yīng)用前景。對超寬禁帶半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和物性研究將對于探索其應(yīng)用發(fā)展方向提供有益參考。在光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，光調(diào)制反射光譜技術(shù)對樣品無損且無特殊制備要求，并具有較高的靈敏度和分辨率的優(yōu)勢，在電子能帶結(jié)構(gòu)研究、結(jié)構(gòu)成分測定、生長加工及器件結(jié)構(gòu)制造過程中的原位實時監(jiān)測中有均有著廣泛應(yīng)用。光調(diào)制反射光譜技術(shù)是通過周期性地改變泵浦光源對樣品的照射來測量材料表面反射率相對變化的一種光譜分析技術(shù)。因泵浦激光調(diào)制導(dǎo)致的反射信號強度改變只在能帶結(jié)構(gòu)中的聯(lián)合態(tài)密度奇異點附近才最有效地顯示出來，抑制了布里淵區(qū)中其它廣延區(qū)域的貢獻(xiàn)，光調(diào)制反射光譜技術(shù)被應(yīng)用于研究半導(dǎo)體材料中帶間躍遷、表面電場、合金組分、缺陷能級等參數(shù)特性。在光調(diào)制反射光譜儀中，提供泵浦調(diào)制的激光源的能量往往需要大于所研究材料的禁帶寬度，以激發(fā)電子空穴對來影響其內(nèi)建電場，實現(xiàn)對材料介電函數(shù)的調(diào)制以及反射率的變化。常規(guī)的可見光激光器和紫外激光器不能滿足超寬禁帶半導(dǎo)體材料電子能帶結(jié)構(gòu)研究的要求。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

針對上述問題，本公開提供了一種深紫外光調(diào)制反射光譜儀及其應(yīng)用，用于解決傳統(tǒng)的光調(diào)制反射光譜儀難以實現(xiàn)對超寬禁帶半導(dǎo)體的光調(diào)制反射光譜檢測。

(二)技術(shù)方案

本公開一方面提供了一種深紫外光調(diào)制反射光譜儀，包括：激光泵浦模塊，至少包括輸出波長在深紫外波段的第一激光器；探照光模塊，沿光路方向依次包括寬譜光源、入射單色儀、探照光斬波器，用于發(fā)出探照光；真空樣品腔模塊，沿泵浦光路方向依次包括第一激光器入射窗口、泵浦光斬波器、透鏡組、待測樣品，沿探照光路方向依次包括探照光入射窗口、第一平面反射鏡、第一拋物面反射鏡、待測樣品、第二拋物面反射鏡、第二平面反射鏡、反射光出射窗口，用于將激光泵浦模塊的激光、探照光傳輸至待測樣品上，并將待測樣品表面的反射光信號輸出；信號采集模塊，沿光路方向依次包括出射單色儀、探測器、鎖相放大器和信號處理裝置，用于采集反射光信號并進(jìn)行分析處理。

進(jìn)一步地，激光泵浦模塊還包括：第二激光器和第二反射鏡；第三激光器和第三反射鏡；第二反射鏡在兩個固定位置間進(jìn)行切換，用于選擇第二激光器或第三激光器作為泵浦光源，并將對應(yīng)的激光傳輸至真空樣品腔模塊中。

進(jìn)一步地，真空樣品腔模塊還包括：第一反射鏡，在兩個固定位置間進(jìn)行切換，用于選擇第一激光器、第二激光器或第三激光器作為泵浦光源，并將對應(yīng)的激光傳輸至泵浦光斬波器中；第二激光器入射窗口，用于接收第二激光器或第三激光器輸出的激光至真空樣品腔模塊；第四反射鏡，用于將第二激光器入射窗口的激光傳輸至第一反射鏡。

進(jìn)一步地，真空樣品腔模塊還包括：抽氣口，用于對真空樣品腔模塊進(jìn)行抽氣使之達(dá)到高真空；進(jìn)氣口，用于對真空樣品腔模塊充入氣體以釋放真空。

進(jìn)一步地，真空樣品腔模塊還包括：攝像頭，用于對待測樣品的表面進(jìn)行成像；變溫樣品座，設(shè)置于待測樣品的下方并用于調(diào)控其溫度。