CN110118725B - 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，该光电流扫描系统为一共轴系统，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，该光电流扫描系统用于扫描尺寸为微米级的待测样品，该光电流扫描系统进一步包括一载体、一源极、一漏极和一栅极，该载体为一包覆二氧化硅层的硅基底，待测样品设置在该二氧化硅层上，该源极和漏极从所述待测样品上分别引出，该栅极设置在硅基板上。
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。
Priority Applications (3)
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