CN104458598A - 一种新型光电性能综合测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型光电性能综合测试系统，包括光源、滤光系统、单色系统、分光系统、偏置光路、样品室和检测系统，另外还包括电性能测控系统，不同测量模式的切换通过配置样品室光路中活动的反射镜和样品位置来实现。该系统可以同时满足透射率、反射率、内外量子效率、光电导、以及电场对样品光学性能影响等诸多材料光电性能参数的测量。在一台设备上满足多种测试需求，大幅降低了测试设备的总体购置费用和占地面积。同时，不同测试模式的切换可以通过自动化技术来实现，不需要进行测试系统的更换，测试过程更加简单便捷。

Description

一种新型光电性能综合测试系统

技术领域

本发明属于半导体材料测试领域，具体涉及一种新型的光电性能综合测试系统。

背景技术

在半导体材料测试领域，材料的光电性质，如透射率、反射率、量子效率、光谱响应、光暗电导、禁带宽度、少子寿命等的测试至关重要。现有技术中一般采用分光光度计测量材料的反射率、透射率和吸收率；采用量子效率测试仪(QE)测量器件的量子效率和光谱响应；采用光电导测试仪对器件及材料的光暗电导、禁带宽度、少子寿命等进行表征。

现有技术中分光光度计的硬件结构如图1所示。由光源发出的光经过滤光系统、单色系统及分光系统后，形成参比光束和测量光束两路进入样品室，由测量光路检测得到的信号与参比光路检测得到的信号进行比较，可以得到样品的反射率或透射率信息。

现有技术中量子效率(QE)测试仪的硬件结构如图2，从光源发出的光同样是经过滤光系统、单色系统及分光系统后，形成参比光束和测量光束两路进入样品室，由测量光路检测得到的光电流信号与参比光路检测得到的光电流信号进行比较，可以得到样品的量子效率(QE)信息。

现有技术中光电导测试仪是利用光源激发器件，收集产生的电流信号进行分析，需要电源、测试台、静电计等配件。

以上对半导体材料的光电性能测量，需要用到分光光度计、量子效率测试仪(QE)、光电导测试仪等多台设备，且同一台设备不同检测模式的切换较为复杂。上述设备中有许多可以共用的部件，购置上述设备的过程会重复购置多种相同部件，占用较多场地，且浪费了资源。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种新型的光电性能综合测试系统，该系统可以同时满足透射率、反射率、内外量子效率、光电导、以及电场对样品光学性能影响等诸多材料光电性能参数的测量。在一台设备上满足多种测试需求，大幅降低了测试设备的总体购置费用和占地面积。系统不同测试模式的切换可以通过自动化技术来实现，不需要进行测试系统的更换，从而大幅度简化了样品测试过程。

一种新型光电性能综合测试系统，包括光源、滤光系统、单色系统、分光系统、偏置光路、样品室和检测系统，另外还包括电性能测控系统，所述电性能测控系统包括测量电路和电源电路。

本发明中，测试系统样品室的光路示意图如图3所示。由分光系统将单色光分成参比光路和测量光路，分别进入样品室。在参比光路上有反射镜101和103，反射镜103后有样品架100；在测量光路上有反射镜102、104和105，反射镜105后有样品架110，反射镜104后有样品架111。反射镜105后、样品架110前有一积分球。反射镜101、102、103、104和105镜面材质完全相同，其中反射镜101、102和103是固定的，反射镜104和105可以根据需要插上、取下或转动。样品架100、110和111用于固定样品，并可接入电性能测控系统的电路。

本发明的样品室中，反射镜104和105可以通过手工操作插上或移开，也可以是通过自动化软件控制的转动式反射镜。采用转动式反射镜时，以反射镜104或105的一端为轴。需要反射镜104或105脱离光路时，反射镜104或105绕轴转动到与入射光平行的位置；需要反射镜104或105出现在光路中时，反射镜104或105绕轴转动到设定的位置。

本发明中，所述电性能测控系统包括测量电路和电源电路，并包括至少两个外接电极，根据测试需要，通过切换电路来控制将测量电路或电源电路接入系统。

本发明中，所述偏置光路位于所述样品架110或111旁，包括偏置光源和滤光片。若所测样品为单结，则偏置光路不工作；若所测样品为多结，则偏置光路中的光源开启，并加上相应滤光片，用于将非测量的子电池短路。

本发明中，所述系统光源包括但不限于氙灯、金属卤钨灯、氘灯等，或上述几种灯组成的复合光源，光源波长范围优选为185-3300nm。

本发明中，所述单色系统包括但不限于单单色器、双单色器等，优选为双单色器。

附图说明

图1是现有技术中分光光度计的硬件结构示意图；

图2是现有技术中量子效率(QE)测试仪的硬件结构示意图；

图3是本发明中新型光电性能综合测试系统的硬件结构示意图；

图4是本发明中的样品室光路和电路配置示意图；

图5是本发明具体实施例中测量样品透射率时样品室的光路示意图；

图6是本发明具体实施例中测量样品反射率时样品室的光路示意图；

图7是本发明具体实施例中测量样品量子效率(QE)时样品室的光路和电路配置示意图；

图8a和图8b是本发明具体实施例中测量样品光电导时样品室的光路和电路配置示意图；

图9a和图9b是本发明具体实施例中测量外加电场对样品光学性质影响时样品室的光路和电路配置示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不限于此。

实施例1：测量样品透射率。

采用本发明的新型光电性能综合测试系统测量样品透射率时，系统样品室的光路走向示意图如图5所示。由分光系统将单色光分成参比光路和测量光路两路，分别进入样品室。在参比光路上有反射镜201和203，在测量光路上有反射镜202和204，样品放置于样品架210上，样品架210位于反射镜204的后方。反射镜201、202、203和204镜面材质完全相同，其中反射镜201、202和203是固定的，反射镜204是可活动的，可以在测量完毕后转开或取下。

参比光束经由反射镜201、203两次反射后射出样品室；测量光束经反射镜202、204两次反射后，入射到位于样品架210上的样品，并透过样品射出样品室。由光路过程可以看到，测量光束与参比光束经历了相同数目的反射镜，且参比光束对反射镜201的入射角与测量光束对反射镜202的入射角相同，参比光束对反射镜203的入射角和测量光束对反射镜204的入射角相同，因此可以测量得到样品的绝对透射率。

实施例2：测量样品反射率。

采用本发明的新型光电性能综合测试系统测量样品反射率时，系统样品室的光路走向示意图如图6所示。由分光系统将单色光分成参比光路和测量光路两路，分别进入样品室。在参比光路上有反射镜301和303，在测量光路上有反射镜302和305，样品放置于样品架311上，样品架311位于反射镜302的后方。反射镜301、302、303和305镜面材质完全相同，其中反射镜301、302和303是固定的，反射镜305是可活动的，可以在测量完毕后转开或取下。

参比光束经由反射镜301、303两次反射后射出样品室；测量光束经反射镜302反射后照射到位于样品架311的样品上，经样品反射后再经反射镜305反射后射出样品室。由光路过程可以看到，测量光束与参比光束经历了相同数目的反射镜，且参比光束对反射镜301的入射角与测量光束对反射镜302的入射角相同，参比光束对反射镜303的入射角和测量光束对反射镜305的入射角相同，因此可以测量得到样品的绝对反射率。

实施例3：测量样品量子效率(QE)。

采用本发明的新型光电性能综合测试系统测量样品量子效率(QE)时，系统样品室的光路走向和电路配置示意图如图7所示。由分光系统将单色光分成参比光路和测量光路两路，分别进入样品室。在参比光路上有反射镜401和403，并在反射镜403后的样品架400上放置已知标准QE值的参考电池；在测量光路上有反射镜402和404，样品放置于样品架410上，样品架410位于反射镜404的后方，样品架410前方有一积分球。反射镜401、402、403和404镜面材质完全相同，其中反射镜401、402和403是固定的，反射镜404是可活动的，可以在测量完毕后转开或取下。此时系统中的电性能测控系统工作，并将电路切换到测量电路，测量电路的外接电极A与样品架410上的样品连接，外接电极B与样品架400上的标准电池连接。外接电极A收集到的样品光电流信号与外接电极B收集到的标准电池光电流信号之比，可以得出样品的外量子效率(EQE)。

若需要知道样品内量子效率(IQE)时，可通过扣除测试光路中积分球收集到的光反射信号来实现。

实施例4：测量样品光电导。

采用本发明的新型光电性能综合测试系统测量样品光电导时，样品室的光路走向和电路配置示意图如图8a或图8b所示，此时将样品放置于样品架510(图8a)或511(图8b)，电性能测控系统的切换电路连接到测量电路，电性能控系统的外接电极A与样品架510(图8a)或511(图8b)上的样品连接，光照后收集并通过测量电路输出样品的电参数变化情况。

实施例5：测量外加电场对样品光学性质的影响。

采用本发明的测试系统测量外加电场对样品光学性质的影响时，样品室光路走向和电路配置示意图如图9a或图9b所示。图9a是测量外加电场对样品透射率影响的模式，样品放置于样品架610，样品室光路走向同实施例1的透射率测量。此时电性能测控系统的切换电路连接到电源电路，外接电极A与样品架610上的样品连接，改变电源输出的电压和方向，测量外加电场对样品透射率的影响。图9b是测量外加电场对样品反射率影响的模式，样品放置于样品架611，样品室光路走向同实施例2的反射率测量。此时电性能测控系统的切换电路连接到电源电路，外接电极A与样品架611上的样品连接，改变电源输出的电压和方向，测量外加电场对样品反射率的影响。

以上所述均为本发明的较佳实施例，并非对本发明技术方案的限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型光电性能综合测试系统，包括光源、滤光系统、单色系统、分光系统、偏置光路、样品室和检测系统，其特征在于，还包括电性能测控系统；且所述样品室包含参比光路和测量光路，不同测量模式的切换通过配置光路中活动的反射镜和样品位置来实现。

2.如权利要求1所述的新型光电性能综合测试系统，其特征在于，所述电性能测控系统包括测量电路和电源电路，及至少两个外接电极接口。

3.如权利要求2所述的新型光电性能综合测试系统，其特征在于，所述测量电路和电源电路通过电路开关来实现切换或关闭。

4.如权利要求1所述的新型光电性能综合测试系统，其特征在于，所述参比光路上有反射镜(101)和(103)，及样品架(100)；所述测量光路上有反射镜(102)、(104)和(105)，及样品架(110)和(111)。

5.如权利要求4所述的新型光电性能综合测试系统，其特征在于，所述样品架(100)位于反射镜(103)的后面，所述样品架(110)位于反射镜(105)的后面，所述样品架(111)位于反射镜(104)的后面。

6.如权利要求4所述的新型光电性能综合测试系统，其特征在于，所述反射镜(101)、(102)、(103)、(104)和(105)镜面材质完全相同，其中反射镜(101)、(102)和(103)是固定的，反射镜(104)和(105)可以根据需要插上、取下或转动。