CN110118725A - 光电流扫描系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电流扫描系统,包括一激光发生装置、一聚焦装置、一位移调整装置、一偏压供给装置及一测量装置;所述激光发生装置用于发射激光,所述聚焦装置用于将激光聚焦到所述位移调整装置中待测样品表面;所述位移调整装置用于驱动所述待测样品,使激光照射到待测样品表面的不同部位;所述偏压供给装置用于向所述待测样品提供电压;所述测量装置用于测量流过所述待测样品的电流信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电流扫描系统。
背景技术
现有技术中,常常利用振镜系统来实现扫描,将两片扫描镜相对设置成具有一定角度,激光依次通过两片扫描镜照射到待测工件上。在扫描过程中,通过分别控制两片扫描镜的方向,从而改变激光照射到待测工件上的位置,进而实现了对待测工件的扫描。
然而,上述振镜系统在工作过程中保持待测工件不动,仅通过改变激光光路来实现扫描,属于离轴系统,因此,照射到待测工件的光斑较大,从而影响系统的扫描精度。
发明内容
有鉴于此,确有必要提供一种扫描精度较高的光电流扫描系统。
一种光电流扫描系统,包括一激光发生装置、一聚焦装置、一位移调整装置、一偏压供给装置及一测量装置;所述激光发生装置用于发射激光,所述聚焦装置用于将激光聚焦到所述位移调整装置中待测样品表面;所述位移调整装置用于驱动所述待测样品,使激光照射到待测样品表面的不同部位;所述偏压供给装置用于向所述待测样品提供电压;所述测量装置用于测量流过所述待测样品的电流信号。
相对于现有技术,本发明提供的光电流扫描系统中保持激光光束不动,通过改变待测样品的位置来实现扫描,该光电流扫描系统为一共轴系统,提高了光电流扫描系统的扫描精度。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的光电流扫描系统的结构示意图。
图2为图1所提供的光电流扫描系统中屏蔽筒结构的剖面示意图。
图3为本发明第二实施例提供的光电流扫描系统的结构示意图。
主要元件符号说明
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例,对本发明提供的光电流扫描系统作进一步详细说明。
请参阅图1,本发明实施例提供一种光电流扫描系统10,包括一激光发生装置11、一聚焦装置12、一位移调整装置13、一偏压供给装置15、一测量装置16、一保护装置14及一可视装置(图中未示)。所述激光发生装置 11用于发射激光,激光通过所述聚焦装置12聚焦到所述位移调整装置13 中待测样品表面;所述位移调整装置13用于调整所述待测样品的位置,使激光聚焦到待测样品表面的不同部位;所述偏压供给装置15用于向所述待测样品提供电压;所述测量装置16用于测量流过所述待测样品的电流信号。
所述激光发生装置11的结构不限,只要能够发出激光即可。本实施例中,所述激光发生装置11包括一激光器110、一安装座111和一激光控制器 112。所述激光器110设置在所述安装座111上,所述激光控制器112与所述安装座111配套使用,所述激光控制器112控制所述激光器110中的温度和输出激光的功率。所述激光器110种类不限,所述激光器的规格可选波长为405nm、功率为10mW;波长为520nm、功率为15mW或波长为635nm、功率为8mW等。本实施例中,所述激光器110为二极管激光器,所述安装座111型号为LDM9LP,所述控制器112型号为ITC4001。
所述激光发生装置11通过一光纤将激光引入所述聚焦装置12中。所述光纤的一端与激光器110连接,另一端连接到所述聚焦装置12。优选的,所述光纤为单模光纤,通过该单模光纤输入到聚焦装置12的激光照射到待测样品表面形成较小光斑。该光斑的直径为1微米~2微米。所述单模光纤与对应波长的激光器配套使用。
所述聚焦装置12包括一物镜121,该物镜121用于对激光进行聚焦。所述激光发生装置11发射的激光通过物镜121聚焦到所述位移调整装置13中待测样品表面。所述物镜121结构不限,可在市场上任意购买。本实施例中,所述物镜121的放大倍率可以选为100倍。
优选的,所述聚焦装置12可以进一步包括一准直镜123,该准直镜123 设置于所述光纤与聚焦装置12连接的一端,用于使从光纤出来的激光准直。
当所述激光发生装置11的激光光路不能直接进入所述物镜121时,所述聚焦装置12可以进一步采用一反射镜120来改变激光光路。
所述位移调整装置13包括一载物台131和一位移台132。所述位移台 132固定于所述载物台131,所述位移台132上设有待测样品。所述载物台 131可以移动,且带动所述位移台132一起移动。并且,所述位移台132也可以移动。所述载物台131可以先对所述待测样品的位置进行大致方向的调整,所述位移台132可以进一步对所述待测样品的位置进行微调,从而找到所述待测样品的扫描范围。
本实施例中,所述聚焦装置12可以采用一现有的光学显微镜,所述位移台132为一压电陶瓷位移台,该压电陶瓷位移台型号为P-733.3CD,扫描范围为100μm×100μm×10μm,该压电陶瓷位移台的移动精度为0.1nm。
所述偏压供给装置15的结构不限,只要能够向所述待测样品提供外置偏压即可。所述测量装置16的结构也不限,只要能够测量流过待测样品的电流即可。本实施例中,所述偏压供给装置15和所述测量装置16集成在同一源表中,该源表向所述待测样品提供偏压的同时也能够测量电流。所述源表可在市场上任意购买。本实施例中,所述源表型号为Agilent B2902A。
所述保护装置14为一可以选择的结构。当得到的光电流信号噪音较大时,此时可以选择设置所述保护装置14,用于屏蔽扫描过程中外界电磁干扰。本实施例中,所述保护装置14包括一收纳盒140和一屏蔽筒141。所述收纳盒140固定于所述载物台131,所述位移台132固定于所述收纳盒140内,用于保护所述位移台并且屏蔽外界干扰。所述收纳盒140和屏蔽筒141的材料为能够屏蔽电磁能量的材料,如银、铜或铝等金属材料。
所述收纳盒140包括一可拆卸的上盖,该上盖具有一通孔。该通孔的形状不限,只要能够使激光传输到所述位移台132上待测样品表面即可。所述收纳盒140侧壁上设有至少三个接口,该接口的一侧外接所述偏压供给装置 15和所述测量装置16,该接口的另一侧内接所述收纳盒140内的待测样品。所述至少三个接口可以为三同轴接口或二同轴接口。本实施例中,所述接口数量为三个,该三个接口分别代表源极(S)、漏极(D)和栅极(G)。该源极、漏极和栅极的一侧分别外接三根电极线,该三个电极线与所述偏压供给装置15和所述测量装置16电连接;所述源极、漏极和栅极的另一侧电连接所述收纳盒140内的待测样品。优选的,所述三个接口均为三同轴接口,屏蔽效果较好。
所述屏蔽筒141设置于所述物镜121和所述收纳盒140之间,该屏蔽筒 141的结构不限,只要能够屏蔽激光从聚焦装置12传输到待测样品表面中受到的外界电磁干扰即可。所述屏蔽筒141可以为一体结构或者分体结构。本实施例中,请参阅图2,所述屏蔽筒141包括一环形片1411和一套筒1412,所述环形片411设置于所述收纳盒140上盖,所述环形片1411的开孔与所述上盖的通孔对应。所述环形片1411开孔的直径小于所述上盖通孔的直径。
所述套筒1412为一体成型结构,其包括第一空心圆柱14120和第二空心圆柱14121,该第二空心圆柱14121的外径小于所述第一空心圆柱14120 的外径,在所述套筒1412的外表面形成一凸台,所述第二空心圆柱14121 的外径小于所述环形片1411开孔的直径,所述第一空心圆柱14120的外径大于所述环形片1411开孔的直径。所述第一空心圆柱14120的内径大于所述物镜121的外径,所述套筒1412设置于所述环形片1411,该套筒1412外表面的凸台卡在所述环形片1411的开孔,也就是说,所述第二空心圆柱 14121位于所述环形片1411的开孔内。
所述可视装置也为一可选择的结构。所述可视装置用于观察待测样品的位置。该可视元件的结构不限,可以为相机等仪器。本实施例中,所述聚焦装置12为一光学显微镜时,所述光电流扫描系统10不需要包括所述可视装置。
进一步,所述光电流扫描系统10包括一控制装置17,该控制装置17 包括一计算机处理单元170和一位移台控制单元171。所述计算机处理单元 170通过一电极线与所述位移台控制单元171连接,通过另一电极线与所述测量装置16连接,用于控制所述测量装置16能够同步测量位移台每移动一次待测样品中流过的电流。所述位移台控制单元171用于控制所述位移台运动。本实施例中,所述计算机处理单元170为一计算机,在计算机中预先根据需要人为设定所述位移台移动范围、位移台移动步长、偏压VGS、偏压VDS数值;所述位移台控制单元171为一位移台控制器。
所述待测样品设置于所述位移台132的驱动部位,在该位移台132的驱动下,所述待测样品可以移动。因此,所述载物台131可以对所述待测样品的位置进行粗调,所述位移台132可以对所述待测样品的位置进行微调。由于所述载物台131和所述位移台132可以调整所述待测样品的位置,因此激光可以照射到所述待测样品表面的不同位置,从而达到扫描的目的。所述待测样品运动轨迹不限,优选为蛇形运动更优选为,总沿同一方向运动所述待测样品的材料不限,只要能够在光信号下产生电流信号即可,可以为光敏材料或光电材料等。
所述待测样品上设有电极,该电极通过电极线连接至所述收纳盒140侧壁的接口。由于待测样品的尺寸处于微米级别,不能直接放置在位移台132 上,因此需要设置在载体上。本实施例中,在一硅基底上设置一二氧化硅层,将待测样品设置在所述二氧化硅层上,从所述待测样品上分别引出两个电极,该两个电极为源极和漏极,硅基板上设有栅极。在所述位移台132的驱动部位固定一基板,在该基板上设置一绝缘板,在该绝缘板的边缘设置三个电极点,该三个电极点分别为源极、栅极和漏极,所述每个电极点引出一条电极线,所述电极线的一端分别与待测样品上的源极、栅极和漏极对应电连接,另一端分别与所述收纳盒140侧壁的接口对应电连接。
进一步,本实施例提供一种采用上述光电流扫描系统10测量光电流的方法,包括以下步骤:
S1,所述激光发生装置发射激光;
S2,激光通过所述聚焦装置聚焦到待测样品表面;
S3,所述偏压供给装置给所述待测样品提供电压;
S4,所述位移调整装置调整所述待测样品移动,使激光照射到待测样品表面不同位置,同时所述测量装置测量所述待测样品的电流信号。
具体的,本实施例提供的光电流扫描系统10中激光器110发出的激光照射到反射镜120之后被反射到物镜121,再通过物镜进入到收纳盒140内,屏蔽筒141屏蔽物镜121到收纳盒140之间的外界电磁干扰;激光进入收纳盒内,先通过移动载物台131来带动位移台132运动,对待测样品的位置进行粗调,之后位移台132微调所述待测样品的位置,使激光位于待测样品的扫描范围内;找到扫描范围之后,通过位移台控制器171控制位移台132运动,带动待测样品沿一定的轨迹运动,从而实现扫描;扫描过程中,计算机同步采集待测样品表面的电流。
上述扫描过程中,保持激光不动,控制待测样品移动来实现扫描,该光电流扫描系统10通过一光纤引入激光光路,光路简单;另外,本发明光电流扫描系统10是一共轴系统,能够提高所述光电流扫描系统10的扫描精度。
当测量得到的光电流信号淹没于噪声信号时,本发明第二实施例另外提供一种光电流扫描系统20,该光电流扫描系统20采取锁相技术在噪声信号中提取光电流信号。请参阅图3,该光电流扫描系统20包括所述激光发生装置11、所述聚焦装置12、所述位移调整装置13、所述保护装置14、所述偏压供给装置15、所述测量装置16、所述控制装置17及所述可视装置。其中,所述激光发生装置11、所述聚焦装置12、所述位移调整装置13、所述保护装置14、所述控制装置17和所述可视装置与第一实施例中相同,在此不一一赘述。
本实施例与第一实施例的区别在于所述测量装置16包括一电流前置放大器260和一锁相放大器261,所述电流前置放大器260用于测量待测样品的电流,所述锁相放大器261用于提取经电流前置放大器260放大的光电流信号。本实施例中所述偏压供给装置15为一源表,该源表仅向所述待测样品提供外置偏压,不用于测量流过所述待测样品的电流。
所述锁相放大器261分别与所述电流前置放大器260和所述激光控制器连接。所述电流前置放大器260将电流转换成电压并输出给所述锁相放大器 261。所述激光控制器将所述激光的频率输出给所述锁相放大器261。基于所述电压信号和所述激光频率,所述锁相放大器261筛选出与激光频率相应的电压信号并输出,然后根据电流前置放大器260上设定的灵敏度换算成电流信号。
另外,由于本实施例中所述测量装置16与所述偏压供给装置15没有集成在同一源表中,因此所述保护装置14上接口的数量需要多于第一实施例中接口的数量。本实施例中,所述接口数量为4个,其中三个接口分别作为源极、漏极和栅极,该三个接口与所述源表连接,第四个接口与所述电流前置放大器260电连接。由于锁相放大器261只能接二通轴接口,所述第四个接口为二通轴。
本实施例中,所述光电流扫描系统20进一步可以包括一示波器(图中未示),该示波器用于直观显示所述锁相放大器261提取的光电流信号。
本发明第二实施例提供的光电流扫描系统20利用电流前置放大器260 将光电流信号放大并采用锁相放大器261在放大的光电流信号中仅提取出光电流信号,能够应用于含有较大噪音信号的光电流信号,进一步提高光电流信号的准确度。
另外,本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化,当然,这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种光电流扫描系统,包括一激光发生装置、一聚焦装置、一位移调整装置、一偏压供给装置及一测量装置;所述激光发生装置用于发射激光,所述聚焦装置用于将激光聚焦到所述位移调整装置中待测样品表面;所述位移调整装置用于调整所述待测样品的位置,使激光照射到待测样品表面的不同部位;所述偏压供给装置用于向所述待测样品提供电压;所述测量装置用于测量流过所述待测样品的电流信号。
2.如权利要求1所述的光电流扫描系统,其特征在于,所述聚焦装置包括一物镜,该物镜对激光光束聚焦,使照射到待测样品表面的激光光斑直径为1微米至2微米。
3.如权利要求1所述的光电流扫描系统,其特征在于,所述位移调整装置包括一载物台和一位移台,该位移台固定在所述载物台,所述待测样品设置于所述位移台。
4.如权利要求3所述的光电流扫描系统,其特征在于,所述载物台用于对所述待测样品的位置进行粗调,所述位移台用于对所述待测样品的位置进行微调。
5.如权利要求1所述的光电流扫描系统,其特征在于,所述偏压供给装置和测量装置集成在同一个源表内,该源表用于向所述待测样品提供电压,同时测量所述待测样品的电流。
6.如权利要求1所述的光电流扫描系统,其特征在于,所述偏压供给装置为一源表,用于向所述待测样品提供偏压;所述测量装置包括一电流前置放大器和一锁相放大器,用于测量所述待测样品的电流。
7.如权利要求1所述的光电流扫描系统,其特征在于,进一步包括一保护装置,该保护装置包括一收纳盒和一屏蔽筒,所述位移调整装置固定在所述收纳盒内,所述收纳盒用于保护所述位移调整装置和屏蔽外界电磁干扰;所述屏蔽筒设置于所述收纳盒,用于屏蔽所述聚焦装置和收纳盒之间的电磁干扰。
8.如权利要求7所述的光电流扫描系统,其特征在于,所述收纳盒包括一可拆卸上盖,该上盖具有一通孔;所述屏蔽筒包括一环形片和一套筒,所述环形片设置于所述收纳盒上盖,所述环形片具有一开孔,所述套筒设置于所述环形片。
9.如权利要求8所述的光电流扫描系统,其特征在于,所述套筒包括第一空心圆柱和第二空心圆柱,该第二空心圆柱的外径小于所述第一空心圆柱的外径,在所述套筒的外表面形成一凸台,所述第二空心圆柱的外径小于所述环形片的开孔直径,所述第一空心圆柱的外径大于所述环形片的开孔直径,所述第二空心圆柱位于所述环形片的开孔内。
10.一种采用权利要求1-9中任一项光电流扫描系统测量光电流的方法,包括以下步骤:
所述激光发生装置发射激光;
激光通过所述聚焦装置聚焦到待测样品表面;
所述偏压供给装置给所述待测样品提供电压;
所述位移调整装置调整所述待测样品移动,使激光照射到待测样品表面的不同位置;同时所述测量装置测量所述待测样品的电流信号。
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